CN104980510A - 一种corba分布式应用的透明集群化的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CORBA分布式应用的透明集群化的方法，目的是解决将服务端从单一服务器转化成多服务器集群的问题。技术方案是构建一个由多个客户机和一个服务入口节点、多个服务节点构成的客户端/集群化服务端环境；服务入口节点执行集群实例管理程序和请求拦截转发程序，状态更新部件将CORBA服务程序实例加入到服务状态表；客户机的CORBA客户端程序、服务入口节点的请求拦截转发程序、服务节点上CORBA服务程序实例相互配合完成请求调用；当客户端程序的请求响应时间超过阈值时进行集群规模和负载能力调整，同时状态更新部件按照周期T更新服务状态表。采用本发明可以实现CORBA服务端的集群化，显著提高服务端的负载能力。

Description

一种CORBA分布式应用的透明集群化的方法

技术领域

本发明涉及软件构造技术领域，具体涉及对基于CORBA中间件的分布式应用，在服务端和客户端程序都不作任何修改的情况下，将服务端从单一实例转化成多实例集群的方法。

背景技术

分布计算中间件是位于***软件和应用软件之间的一层软件，它封装了分布式应用共性问题(如数据通信、事务等)的解决方案，应用软件可直接使用，而无需自行提供这些问题的解决方案，从而可以大幅简化应用的开发过程。CORBA(Common ObjectRequest Broker Architecture)是目前主流、成熟的分布计算中间件规范，已经在电信、工业控制、电子商务、国防等领域得到广泛应用。与普通分布式应用类似，基于CORBA中间件所构建的分布式应用(以下简称CORBA应用)可以划分为服务端程序和客户端程序：服务端程序对外提供可被远程调用的接口，这些接口采用IDL(Interface DefinitionLanguage)语言定义(以下简称IDL接口)，并对外暴露出惟一的地址(以下简称CORBA地址，CORBA地址由IP地址、端口号和对象名称组成)；客户端程序通过服务端程序的CORBA地址进行定位，并远程调用服务端程序的接口。

集群化是数据中心等环境下应对高用户负载的基本手段之一：当运行于单台机器上的软件服务无法有效应对海量用户请求时，将很多服务器集中起来部署同一种软件服务，并且通过负载均衡等手段使得在客户端看来就像是只有一个服务器，从而有效提高服务的负载能力。透明集群化是指在不对服务端和客户端程序进行任何修改的情况下，将服务端从单一服务器转化成多服务器集群；集群的可扩展是指在部署以后，集群中的服务器个数可以在线进行修改，从而适应用户负载的变化。

虽然在分布计算领域已经存在Glassfish(由SUN公司开发的应用服务器)等应用服务器可以实现服务端的透明可扩展集群化，但是它们针对的是遵循Java EE规范的应用，无法支持CORBA应用。当前，CORBA应用的服务端程序要么是单一实例，要么在集群化时必须对服务端程序进行修改。如何在不修改CORBA服务端和客户端程序的情况下，将服务端从单一服务器转化成多服务器集群，并且使得集群中服务器个数可以在线扩展，是软件构造技术领域需要解决的技术问题。目前尚无公开的技术资料涉及CORBA应用透明可扩展集群化的成果或成熟技术方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题是对采用CORBA中间件的分布式应用，如何在服务端和客户端程序都不作任何修改的情况下，将服务端从单一服务器转化成多服务器集群。该多服务器集群能够像单一服务端程序一样对外提供服务，表现为一个统一的逻辑实体，并且集群中服务器的个数可以动态增加，从而显著提高软件服务的负载能力。

本发明的技术方案是首先构建一个客户端/集群化服务端环境，然后服务入口节点执行集群实例管理程序和请求拦截转发程序，最后客户机使用请求拦截转发程序的地址，执行CORBA客户端程序，完成请求调用。

本发明包括以下步骤：

第一步，构建一个客户端/集群化服务端环境，它由多个客户机和一个服务入口节点、多个服务节点构成。客户机、服务入口节点和服务节点是可独立运行的计算机，可以是普通PC机或者服务器。客户机、服务入口节点和服务节点通过网络设备互连。

除安装有操作***(例如windows、Linux)之外，客户机还安装了CORBA客户端程序，CORBA客户端程序向CORBA服务端程序发送请求，多个客户机可以并发执行请求。

除安装有操作***(例如windows、Linux)之外，服务节点还安装了CORBA服务端程序，多个服务节点构成了一个服务集群。CORBA服务程序实例指服务端程序在某台服务节点上的运行实例。服务端程序可以有多个服务实例。

服务入口节点提供客户请求的分发功能。除安装有操作***(例如windows、Linux)之外，服务入口节点上还安装有集群实例管理程序和请求拦截转发程序。集群实例管理程序对集群中的多个服务节点进行管理，由初始配置文件、服务状态表、状态更新部件和实例管理接口四个部分组成。初始配置文件是一个XML(eXtensible Markup Language)文件，描述了所有服务节点中CORBA服务程序实例的地址。服务状态表是一个二维表，描述了CORBA服务程序运行时地址和CORBA服务程序的当前运行状态(包括已启动、未启动两种状态)。服务状态表共有k行(k为CORBA服务程序实例的个数，(k≥1))。状态更新部件更新服务状态表中的CORBA服务程序实例的当前运行状态。实例管理接口提供增加CORBA服务程序实例功能。实例管理接口接受外部请求，动态对服务状态表中的CORBA服务程序实例的地址进行维护，从而实现集群的动态扩展。

请求拦截转发程序与CORBA服务程序具有相同的IDL接口，请求拦截转发程序拦截所有来自CORBA客户端程序的请求，并将CORBA服务程序实例的地址返回给客户端。

第二步，多个服务节点运行CORBA服务端程序，获得CORBA服务程序实例。

第三步，服务入口节点执行集群实例管理程序，将CORBA服务程序实例加入到服务状态表中；并执行请求拦截转发程序生成请求拦截转发程序的地址。具体步骤如下：

3.1***管理员编写初始配置文件，写入所有CORBA服务程序实例的地址；

3.2服务入口节点执行集群实例管理程序，集群实例管理程序的状态更新部件从初始配置文件中读入所有CORBA服务程序实例的地址；

3.3状态更新部件为每一个CORBA服务程序实例在服务状态表中新增一行，设置CORBA服务程序实例的当前运行状态为未启动；

3.4服务入口节点执行请求拦截转发程序；

3.5请求拦截转发程序使用CORBA中间件的DSI(Dynamic Skeleton Interface)机制生成请求拦截转发程序的地址，将请求拦截转发程序的地址发送给客户机。

第四步，客户机从服务入口节点获得请求拦截转发程序的地址，客户机的CORBA客户端程序、服务入口节点的请求拦截转发程序、服务节点上CORBA服务程序实例相互配合完成请求调用。具体步骤如下：

4.1客户机获得服务入口节点上的请求拦截转发程序的地址；

4.2客户机执行CORBA客户端程序；

4.3 CORBA客户端程序向服务入口节点上的请求拦截转发程序发送请求；

4.4请求拦截转发程序使用DSI机制拦截客户请求；

4.5请求拦截转发程序从服务状态表中当前运行状态为“已启动”的CORBA服务程序实例中随机选择一行，获得CORBA服务程序实例的地址；

4.6请求拦截转发程序使用CORBA的LocationForward消息将CORBA服务程序实例的地址返回给CORBA客户端程序；

4.7 CORBA客户端程序使用CORBA服务程序实例的地址，向CORBA服务程序实例发送请求；

4.8服务节点上CORBA服务程序实例接收到CORBA客户端程序的请求，CORBA服务程序实例执行请求，并向CORBA客户端程序返回请求执行的结果。

第五步，集群规模扩展和服务状态表更新：当客户端程序的请求响应时间(指从客户端程序发出请求至收到CORBA服务程序实例返回请求结果的时间)超过阈值(阈值通常取用户所能接受的最大响应时间，一般为2s)时，***管理员扩展服务节点，进行集群规模和负载能力的扩展；同时服务入口节点上集群实例管理程序的状态更新部件按照周期T(T通常取5s，T应根据***的变化性进行动态调整)更新服务状态表。

5.1当CORBA客户端的请求负载(单位时间内的请求数量)增大，客户端程序的请求响应时间超过阈值时，***管理员扩展服务节点，实现集群规模和负载能力的在线扩增。一次扩展服务节点的具体步骤如下：

5.1.1***管理员在一台新服务节点上执行CORBA服务程序，获得新的CORBA服务程序实例；

5.1.2***管理员调用实例管理接口增加服务程序实例，填写该CORBA服务程序实例地址；状态更新部件为新增的CORBA服务程序实例在服务状态表中新增一行，设置CORBA服务程序实例的当前运行状态为未启动。

5.2状态更新部件按照周期T轮询服务状态表中的所有CORBA服务程序实例，更新服务状态表。一次轮询服务状态表中的所有CORBA服务程序实例，更新服务状态表的具体步骤如下：

5.2.1状态更新部件通过CORBA对象共有的is_a( )函数轮询服务状态表中的所有CORBA服务程序实例；

5.2.2如果成功调用is_a( )函数，状态更新部件将服务状态表中CORBA服务程序实例的当前运行状态设置为已启动，否则将CORBA服务程序实例的当前运行状态设置为未启动。

5.1步是事件(指客户端程序的请求响应时间超过阈值)触发时进行，5.2步是按周期不断进行，5.1步和5.2步并行、独立、互不影响地进行。

采用本发明可以达到如下的有益效果：

(1)可以在对已有的CORBA服务端程序不做任何修改的前提下，仅通过增加外置的集群实例管理程序和请求拦截转发程序，即可以实现CORBA服务端的集群化，显著提高服务端的负载能力。

(2)该集群能够像单一服务端程序一样对外提供服务，并且可以在运行时对CORBA服务端集群中的实例进行动态增加，使得集群规模在线扩展，以适应客户端请求负载的变化。

附图说明

图1是本发明第一步构建的客户端/集群化服务端环境的物理结构图。

图2是本发明客户端/集群化服务端环境的软件部署图。

图3是本发明的总体流程图。

图4是本发明第五步服务节点进行规模扩展的流程图。

图5是本发明第五步状态更新部件按照周期T更新服务状态表的流程图。

具体实施方式

图1是本发明第一步构建的客户端/集群化服务端环境的物理结构图。客户端/集群化服务端环境由客户机、服务入口节点和服务节点组成。客户机、服务入口节点和服务节点是包含处理器、存储器、磁盘和网络接口的计算机。客户机、服务入口节点和服务节点通过网络设备互连。

图2是本发明客户端/集群化服务端环境的软件部署图。服务入口节点上安装有操作***(例如windows、Linux)、集群实例管理程序和请求拦截转发程序。集群实例管理程序由初始配置文件、服务状态表、状态更新部件和实例管理接口四个部分组成。其中操作***是通用软件，从公开发行的软件包中获得；后二者是本发明的专用软件。服务节点上安装有操作***(例如windows、Linux)和CORBA服务程序。其中操作***是通用软件，从公开发行的软件包中获得；CORBA服务程序是开发人员提供的任意的CORBA服务端程序。客户机上安装有操作***(例如windows、Linux)和CORBA客户端程序。其中操作***是通用软件，从公开发行的软件包中获得；CORBA客户端程序是开发人员提供的任意的CORBA客户端程序。

图3是本发明总流程图。具体流程如下：

以某天气预报查询的CORBA应用为例。

该CORBA应用由多个客户端和一个服务端组成：服务端数据库中保存了全国各地未来七天内的天气状况，服务端程序在其IDL接口中提供以地名和日期为参数、返回值为天气状况的方法；客户端提供图形化界面，在用户选择了地名和查询日期后，连接到服务端获取天气状况并展示出来。由于同时在线的客户端数目的增加，原有单一服务端已经无法及时响应客户端的请求，需要通过集群化、增加服务端服务实例个数来处理用户请求。

采用本发明的具体实施方式如下：

第一步，构建一个客户端/集群化服务端环境，它由多个客户机和一个服务入口节点、多个服务节点构成。客户机、服务入口节点和服务节点通过网络设备互连。

构建服务入口节点。该节点运行在普通PC机或者服务器上，由图2中所示的集群实例管理程序和请求拦截转发程序构成。集群实例管理程序对天气预报查询集群中的多个CORBA服务实例进行管理，由初始配置文件、服务状态表、状态更新部件和实例管理接口组成。请求拦截转发程序与真实的天气预报查询服务端对象对外暴露相同的IDL接口，也即它对外声明能够提供以地名和日期为参数、返回值为天气状况的方法。

第二步，在服务节点上启动天气预报查询服务端程序实例。

第三步，***管理员编写初始配置文件，服务入口节点执行集群实例管理程序和请求拦截转发程序，周期T(最大时间)后，服务端集群进入就绪状态。

第四步，客户机执行天气预报查询客户端程序，天气预报查询客户端程序使用请求拦截转发部件的CORBA地址访问天气预报查询的服务端集群。客户端的请求会被请求拦截转发部件所拦截，并向客户端程序返回一个包含集群中真实服务端程序实例CORBA地址的LocationForward消息。由于CORBA中间件内置的请求重定向机制，客户端请求将会被重新发送到所指定的真实CORBA服务程序。

第五步，进行集群规模扩展和服务状态表更新。例如当客户端数目增加导致请求响应速度变慢超过阈值时，服务节点和服务入口节点分别、独立地进行集群规模的扩展和服务状态表的更新。

图4是服务节点进行规模扩展的流程图。当客户请求响应速度变慢超过阈值时，***管理员扩展服务节点，具体步骤如下：

1)***管理员在一台新服务节点上启动新的天气预报查询服务端程序，获得程序实例；

2)***管理员调用服务入口节点上的实例管理接口程序在服务状态表中新增一行，填写天气预报查询服务程序实例地址，并设置其当前运行状态为未启动。

图5是状态更新部件按照周期T更新服务状态表的流程图。状态更新部件按照周期T轮询服务状态表中的所有CORBA服务程序实例，更新服务状态表。一次轮询服务状态表中的所有CORBA服务程序实例，更新服务状态表的具体步骤如下：

1)状态更新部件通过CORBA对象共有的is_a( )函数轮询服务状态表中的所有天气预报查询服务程序实例；

2)如果成功调用is_a( )函数，状态更新部件将服务状态表中天气预报查询服务程序实例的当前运行状态设置为已启动，否则将当前运行状态设置为未启动。

在本实施例中，已有的天气预报查询服务端程序无需进行任何修改，仅通过增加外置的集群实例管理部件和请求拦截转发部件，即实现了CORBA服务端的集群化，使得多个服务端可以象单一服务端一样对外提供服务，显著提高服务端的负载能力。此外，当客户端数目增加、当前集群负载能力不足时，可以在运行时往服务端集群中动态增加新的服务程序，使得集群规模得以在线扩展。

本实施例是本发明的一个简单实现，该过程可以方便的推广到其它基于客户端/服务端架构的CORBA应用中，在不修改服务端程序的前提下实现服务端程序的集群化，并且实现集群中服务端程序的动态扩展。

Claims (6)

1.一种CORBA分布式应用的透明集群化的方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，构建一个客户端/集群化服务端环境，它由多个客户机和一个服务入口节点、多个服务节点构成；客户机、服务入口节点和服务节点是可独立运行的计算机，客户机、服务入口节点和服务节点通过网络设备互连；

除安装有操作***之外，客户机还安装了CORBA客户端程序，CORBA客户端程序向CORBA服务程序发送请求，多个客户机可以并发执行请求；

除安装有操作***之外，服务节点还安装了CORBA服务程序，多个服务节点构成了一个服务集群；

服务入口节点提供客户请求的分发功能，除安装有操作***之外，服务节点上还安装有集群实例管理程序和请求拦截转发程序；集群实例管理程序对集群中的多个CORBA服务器进行管理，由初始配置文件、服务状态表、状态更新部件和实例管理接口四个部分组成；初始配置文件是一个XML文件，描述了所有服务节点中CORBA服务程序实例的地址；服务状态表是一个二维表，描述了CORBA服务程序运行时地址和CORBA服务程序的当前运行状态；服务状态表共有k行，k为CORBA服务程序实例的个数，k≥1；状态更新部件维护服务状态表中的CORBA服务程序实例的当前运行状态，当前运行状态包括已启动、未启动两种状态；实例管理接口提供增加和删除CORBA服务程序实例的方法；实例管理接口接受外部请求，动态对服务状态表中的CORBA服务程序实例的地址进行维护，从而实现集群的动态伸缩；

请求拦截转发程序与CORBA服务程序具有相同的IDL接口，请求拦截转发程序拦截所有来自CORBA客户端程序的请求，并将CORBA服务程序实例的地址返回给客户端；

第二步，多个服务节点运行CORBA服务端程序，获得CORBA服务程序实例；

第三步，服务入口节点执行集群实例管理程序，将CORBA服务程序实例加入到服务状态表中；并执行请求拦截转发程序生成请求拦截转发程序的地址，方法是：

3.1***管理员编写初始配置文件，写入所有CORBA服务程序实例的地址；

3.2服务入口节点执行集群实例管理程序，集群实例管理程序的状态更新部件从初始配置文件中读入所有CORBA服务程序实例的地址；

3.3状态更新部件为每一个CORBA服务程序实例在服务状态表中新增一行，设置CORBA服务程序实例的当前运行状态为未启动；

3.4服务入口节点执行请求拦截转发程序；

3.5请求拦截转发程序使用CORBA中间件的DSI机制生成请求拦截转发程序的地址，将请求拦截转发程序的地址发送给客户机；

第四步，客户机的CORBA客户端程序、服务入口节点的请求拦截转发程序、服务节点上CORBA服务程序实例的请求拦截转发程序相互配合完成请求调用；

第五步，当CORBA客户端的请求负载增大，客户端程序的请求响应时间超过阈值时，***管理员扩展服务节点，进行集群规模和负载能力的扩展；同时集群实例管理程序的状态更新部件按照周期T，更新服务状态表，所述T应根据***的变化性进行动态调整。

2.如权利要求1所述的一种CORBA分布式应用的透明集群化的方法，其特征在于第四步所述客户机的CORBA客户端程序、服务入口节点的请求拦截转发程序、服务节点上CORBA服务程序实例的请求拦截转发程序相互配合完成请求调用的具体步骤是：

4.1客户机接收请求拦截转发程序的地址；

4.2客户机执行CORBA客户端程序；

4.3CORBA客户端程序向服务入口节点上的请求拦截转发程序发送请求；

4.4请求拦截转发程序使用DSI机制拦截客户请求；

4.5请求拦截转发程序从服务状态表中当前运行状态为“已启动”的CORBA服务程序实例中随机选择一行，获得CORBA服务程序实例的地址；

4.6请求拦截转发程序使用CORBA的LocationForward消息将CORBA服务程序实例的地址返回给CORBA客户端程序；

4.7 CORBA客户端程序使用CORBA服务程序实例的地址，向CORBA服务程序实例发送请求；

4.8服务节点上CORBA服务程序实例接收到CORBA客户端程序的请求，CORBA服务程序实例执行请求，并向CORBA客户端程序返回请求执行的结果。

3.如权利要求1所述的一种CORBA分布式应用的透明集群化的方法，其特征在于第五步所述集群规模和负载能力调整的方法是：

5.1.1***管理员在一台新服务节点上执行CORBA服务程序；

5.1.2***管理员调用实例管理接口增加服务程序实例，填写该CORBA服务程序实例地址；状态更新部件为新增的CORBA服务程序实例在服务状态表中新增一行，设置CORBA服务程序实例的当前运行状态为未启动。

4.如权利要求1所述的一种CORBA分布式应用的透明集群化的方法，其特征在所述阈值取2s。

5.如权利要求1所述的一种CORBA分布式应用的透明集群化的方法，其特征在于第五步所述状态更新部件一次轮询服务状态表中的所有CORBA服务程序实例，更新服务状态表的方法是：

5.2.1状态更新部件通过CORBA对象共有的is_a()函数轮询服务状态表中的所有CORBA服务程序实例；

5.2.2如果成功调用is_a()函数，状态更新部件将服务状态表中CORBA服务程序的当前运行状态设置为已启动，否则将CORBA服务程序的当前运行状态设置为未启动。

6.如权利要求1所述的一种CORBA分布式应用的透明集群化的方法，其特征在于周期T取5s。