[发明专利]基于IP的任务自主均衡分配集群系统

摘要

基于IP的任务自主均衡分配集群系统本发明属于计算机领域中的分布式计算，可用于多计算机多任务的任务自动均衡分配，增加系统的并行性以提高效率。同时也作为冗余系统，当部分服务器出现故障时，系统仍然工作并能够对外提供稳定的服务，增加了系统的可靠性。通过本发明的算法，网络中的N台服务器向外提供若干个虚拟机组，每个虚拟机组有若干个虚拟机，组内的机器执行相同的任务且对外处理能力基本相同。用户使用方法非常简单。按照本发明的思路，本人使用C++语言编程已实现了其功能，并已经在多家企事业单位使用过，效果良好。

主权项

基于IP的任务自主均衡分配集群系统，其特征包括：(1) 使用一个或多个计算机服务器通过网络向外部用户提供服务，通过不同虚拟机的IP地址来提供任务的并行性；各个服务器的硬件和操作系统可以是相同的也可以是不同的，但都要配备网络适配器和支持TCP/IP网络协议，同时使用本发明的算法；各个服务器在本发明的算法驱动下，自动均衡分配IP在各个服务器上的数量，对外始终保持IP接口的稳定性；(2) 各个服务器高度独立，服务器之间进行纯P2P的连接，相互传送信息；在本发明算法的控制下，任何服务器产生故障后，其IP地址和相应的虚拟机将自动被其它服务器替代；当其恢复之后，IP地址和相应的虚拟机将被其它服务器回还；(3) IP地址是系统向外提供服务的唯一接口，任务的切分和封装完全在用户端完成，不在服务器内部和之间；一个虚拟机有唯一的一个对外服务IP；(4) 服务器之间只定期相互传递状态信息，包括 CPU/内存/磁盘/网络使用率；不参与任务的分配或再分配或数据的封装或再封装；(5) 各个服务器上执行的下面算法：A 通过读取配置文件知道服务器集群的结构和初始状态，通过P2P的方法定期相互交换最新状态B 根据配置表来计算本机所应该承担的对外IP数量和具体的IP地址；假设服务器的编号从1到N，对外服务的虚拟机的有M个，则计算方法如下B1）计算第i台服务器的应该承担数量为M×第i台服务器的负载能力 / N台服务器的全部负载能力设其商为Y(i)、其余数为X(i)B2）若本机为j，则本机至少承担Y(j)个对外IP地址；在Y(j)之外承担的更多对外IP数由下面的计算决定B3）计算 Z = M－全部Y(i)之和，Z表示剩余IP地址数量；把X(i)按照从大到小排序，依次每机再分配一个IP且Z←Z‑1，直到Z=0为止；或者一种简化的做法是当Z小于服务器的数量时，把Z个剩余的IP地址直接分配到编号最前面的Z台机器上，或编号最后面的Z台机器上；C 配置文件中的参数包括本台机器的IP号、对外IP的网卡号、内部通信的端口地址、物理机器数量N、逻辑机器数量M、各物理机器的IP地址和各台机器的负载能力、各逻辑机器的IP地址；D 服务器之间通过网络交换信息，信息仅仅包含反映CPU的繁忙程度、内存的使用程度、磁盘的空余程度、网络的空闲程度的指标；由这些指标来构成出新的服务器的负载能力；E 若某台服务器在超过一定时间内都联系不上，就认为其发生了严重故障，其负载能力被认为是0；F 对于联系的上的服务器，将根据其发送的指标来重新计算其负载能力，然后得出其承担的虚拟机的数量和相应的IP地址；(6)N台服务器对外提供M个虚拟机的IP地址，在配置时可以是 M = N 或 M > N 或 M < N ；当 N ＜ M 时为典型的并行系统；当 N ＞ M 为典型的冗余系统，其故障不会造成整体系统服务性能的下降；(7) 上面（5）中的算法可以被看成是一种服务器之间的协议；协议可以被一定程度的修改，但其核心成分是：各服务器完全独立，没有中心结点，任何服务器之间都是都通过协议进行IP 分配，没有主从Master/Slave关系；经配置的任何服务器都可以自由加入或退出这个系统，系统内的服务器基于协议通过自组织方式对外提供稳定的IP地址。