CN114844759A - 一种基于Docker的细粒度的分布式云计算架构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于Docker的细粒度的分布式云计算架构，包括业务层、服务提供层、容器资源层、基础设施层，所述业务层用于向上给用户提供各类不同业务的接口，所述服务提供层用于将业务层中用户所需的业务拆解为不同的需求，所述容器资源层有两个方面的功能，功能一是负责容器的管理调度以及生命周期的管理，功能二是根据容器不同的功能将容器资源池化，所述基础设施层由各类基础的物理设施组成。本发明由于整个业务被拆分成多个功能，由不同的功能容器负责，某个功能容器出现问题时，这种处理方式也能将对整个业务的影响降到最低。

Description

一种基于Docker的细粒度的分布式云计算架构

技术领域

本发明涉及云计算技术领域，具体为一种基于Docker的细粒度的分布式云计算架构。

背景技术

随着信息时代的到来，无论是科学研究还是个人的使用，都伴随着对计算越来越高的要求。所以有一种低成本，资源高度聚合的新型的计算方法就成为了一种新的需求。云计算的出现则为这一问题带来了解决方案。云计算是一种新兴的商业计算模式，它通过互联网上异构、自治的服务为个人或企业用户提供按需计取的计算服务，并免去了安装和维护等繁琐的操作，在用户体验和成本这两方面都有不错的效果。

传统云计算共包含三个层次：其一是软件即服务，将应用主要以基于Web的方式提供给客户；其二是平台即服务，将一个应用的开发和部署平台作为服务提供给用户；其三是基础架构即服务，将各种底层的计算(比如虚拟机)和存储等资源作为服务提供给用户。传统云计算的特点主要体现在：(1)超大规模，通过整合和管理计算机集群来赋予用户前所未有的计算和存储能力；(2)按需服务，资源池中的资源用户可以按需购买；(3)高可扩展性，可以根据需求进行调整和动态伸缩。在目前主流的云计算服务中有基于虚拟机或基于Docker的两种模式，Docker为容器虚拟化技术，前者具有更好的隔离性以及安全性，而后者则具有敏捷部署、弹性伸缩、灵活调度、故障自动恢复等优势。但传统的云计算服务也有自身存在的问题，例如在性能输出上难以避开的虚拟化层损耗的难题，云安全问题，在云计算架构下，云计算开放网络和业务共享场景复杂多变，安全性方面的挑战更加严峻，列如病毒或恶意程序的安全问题，虚拟机的安全问题，容器镜像的安全问题以及存在的内生安全问题等。

发明内容

本发明设计泛容计算架构是一种基于Docker的轻量化、细粒度、松耦合等特点的新型的分布式云计算架构，目的是为了建立一种面向容器的，随用随生，满足内生安全的云计算架构，提高当前云架构在安全、***资源利用率，跨平台，持续交付和部署以及迁移等方面的性能。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于Docker的细粒度的分布式云计算架构，包括业务层、服务提供层、容器资源层、基础设施层，所述业务层用于向上给用户提供各类不同业务的接口，将业务发送到服务提供层，服务提供层包括用户接口、文字处理业务、算法业务、web业务；所述服务提供层用于将业务层中用户所需的业务拆解为不同的需求，不同的需求为存储服务、计算服务、通信服务，然后分发给下层不同功能的容器；所述容器资源层有两个方面的功能，功能一是负责容器的管理调度以及生命周期的管理，包括容器的创建、运行、停止、回收调度，功能二是根据容器不同的功能将容器资源池化成为负责不功能的容器资源池，包括数据库服务容器池、web服务容器池、通信服务容器资源池；所述基础设施层由各类基础的物理设施组成，包括各类硬件、网络设备、存储设备，各类硬件、网络设备、存储设备的用户不实际控制底层的基础架构，而是控制操作***或应用程序，还控制网络组件的选择，同时采用虚拟化技术，在同一个物理设施的服务器上生成多个容器，在这些容器与容器之间实现全面隔离，使多租户计算成为可能同时降低了服务器运行成本。

所述服务提供层对用户所需要的业务进行拆解，将一个业务按功能细分成不同功能的服务，要实现一个业务则需要完成一个业务下的所有功能，通过拆解，实现了细粒度的服务架构。

所述容器资源层将容器池化，不同功能的容器负责不同的业务功能，只需要关注容器自身的调用和实现，有效的解耦了不同功能容器之间的关联，实现了一种松耦合的服务架构。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)在服务提供层对用户所需要的业务进行拆解，将一个业务按功能细分成不同功能的服务，要实现这个业务则需要完成这个业务下的所有功能，通过这种类型的拆解，实现了一种细粒度的服务架构。在容器资源层将容器池化，不同功能的容器负责不同的业务功能，不需要关心任何其他设备的逻辑实现的细节，只需要关注自己的调用和实现，有效的解耦了不同功能容器之间的关联，实现了一种松耦合的服务架构。

(2)泛容计算架构是一种基于Docker的云计算架构，一方面从内生安全方面来说，Docker容器使用官方的容器镜像，并且虚拟操作***的内核，存在副作用、脆弱性、自然失效等问题的可能性更小。另一方面泛容计算架构在受到病毒攻击或恶意代码攻击时，如果个别容器遭到破环时，其他容器并不会受到影响，并且一旦监控到容器被攻击，还可以轻松重启或更换这些容器，达到防御攻击的效果。而且由于整个业务被拆分成多个功能，由不同的功能容器负责，某个功能容器出现问题时，这种处理方式也能将对整个业务的影响降到最低。

附图说明

图1是本发明一种基于Docker的轻量化、细粒度、松耦合等特点的新型的分布式云计算架构,泛容计算的***架构图。

图2是本发明的实施例的基于泛容计算架构的业务的数据流图。

图3是本发明的实施例的一个由3个功能性容器协同工作完成用户业务的基于泛容计算架构的容器数据存储架构图。

图4是一个编辑器业务中用户工作的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的本发明附图，对本发明实施例中的本发明技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种技术方案：一种基于Docker的细粒度的分布式云计算架构：

如图1所示，从上到下，第一个层次是业务层，该层次服务用于向上给用户提供各类不同业务的接口，向下将业务发送到服务提供层。图1中用户接口提供用户的访问接口，用户访问的业务可能包括，例如：文字处理业务，算法业务，web业务等。业务层服务是最接近用户的层次，与用户交互最多。

第二个层次的服务是服务提供层，用于将业务层用户所需的业务拆解，按功能细分成不同功能的服务，要实现所需业务则需要完成这个业务下的所有功能，常见的功能有：业务存储，业务计算，业务通信等。在拆解完后，服务提供层会将业务分发给下层不同功能的容器，由相对应的容器，实现对应的功能。通过这个层次的服务，泛容计算架构实现了一种细粒度特点的架构。

第三个层次的服务是容器资源层，该层次的服务分为两个部分，首先第一个部分的服务是容器的调度管理与生命周期的管理。一个容器的生命周期通常可分为，创建、运行、停止、暂停以及删除。容器的创建是一个容器最开始步骤，通过一个镜像创建一个或多个容器来实现基本的功能。容器的运行则是在容器的生命周期中消耗时间最多的状态，容器的生命周期中大多数时间都处于运行态。容器的停止状态是容器出现异常或主动停止时所处的状态，如果要重新启动容器，则需要通过重启命令来实现。容器的停止状态则会暂停容器中的所有进程并收集僵尸进程。容器的删除是容器生命周期的最后一个状态，此状态下的容器，***会回收分给容器的所有空间，进程。第二个部分是容器资源的池化，把容器按其负责的功能划分形成不同功能的容器资源池，常见的资源池有：数据库服务，web服务，存储服务等。不同功能的容器负责不同的业务功能，不需要关心任何其他设备的逻辑实现的细节，只需要关注自己的调用和实现，有效的解耦了不同功能容器之间的关联，通过这个层次的服务，泛容计算架构实现了一种松耦合特点的架构。

最后一个层次是基础设施层，这个层次的服务主要包括了三个方面的内容，首先是基础的服务，列如：基础服务，数据存储服务，网络服务等。第二个方面是采用虚拟化技术，在同一个物理服务器上生成多个容器，在这些容器与容器之间实现全面隔离，多个用户可以同时使用同一个物理服务器的资源，使多租户计算成为可能的同时，还降低了服务器运行成本。第三个方面则是各类基础的物理设施组成，例如各类硬件，网络设备，存储设备等，在这个层次的服务中用户不用实际控制底层的基础设备，而是控制操作***或应用程序，对这些基础设备进行操作和使用，另一方面来说还可以在一定程度上控制网络组件的选择。

如图2所示，是一个业务在泛容计算中的数据流图：

与传统的基于Docker的云计算中的不同点在于，在传统的基于Docker的云计算服务中用户发出一个业务请求，然后由云计算服务分给用户一个容器，这个容器具有完整的功能来实现用户的整个业务。而在泛容计算架构中，用户发出一个业务请求会先到业务层，业务层将这个业务发给服务提供层。在服务提供层中对业务进行拆解，拆分成多个功能部分，然后将这些功能发送给容器资源层，在容器资源层中，对容器资源池进行分配和管理，由多个容器协同工作，实现整个业务的各部分功能，然后返回给服务提供层，并在服务提供层中整合，将整合好的业务返回给业务层，最终返回给用户。

下面结合图3，一个基于泛容计算完成用户业务的过程中具体实现数据存储的架构图，对本发明一种基于泛容计算架构的容器数据分布式存储以及监控的方法进行进一步展示；如图3所示，这个数据存储的架构中包括三个功能性容器，这是基于泛容计算架构对用户业务的功能细分所决定的，每一个功能性容器完成自身所被托管的服务；一个存储功能容器，负责完成整个业务过程中需要存储服务的功能；一个Weave Scope监控容器，负责监控架构中所有容器的各项指标以及异常情况；一个负责最终存储用户业务数据的存储主机。

其中，泛容计算架构将用户所需处理的业务细分成三个独立的服务，不同的服务由不同功能的容器资源池负责，整个业务依靠多个容器间的协同工作完成，实现了细粒度，松耦合的服务架构。当功能性容器需要保存数据时，会向存储容器发出存储请求，功能性容器本身不会保存这些数据，而是将存储功能全部交付给存储功能容器来实现。另外，功能性容器还可以通过请求，查看存储容器的下自身存储的数据列表，当需要使用之前存储的数据时，功能性容器会向存储容器发送请求，而存储容器会将之前的数据重新发送给功能性容器。

对于存储容器来讲，它使用了NFS服务和主机连接，直接将主机的目录挂载在容器当中，作为自己的存储目录。当功能性容器需要存储数据时，存储容器接受存储请求，将数据直接写到自己的挂载目录下，也就直接写在了主机目录下，实现了存储功能。这个操作对于其他功能性容器来说是不可见的，其他功能性容器会认为自己的数据交给了存储容器，而不知道存储器容器的后续操作。存储容器对于其他功能性容器的查看其自身之前保存数据请求时，存储容器会将自己的存储目录结构发送给功能性容器，如果功能性容器需要查看之前某一数据，存储容器会将数据重新发送给功能性容器。

对Weave Scope监控容器，它负责监控这个网络架构中的数据流向以及功能性容器和存储容器的状态。Weave Scope是一个功能强大的监控可视化工具，它有图形式样式和表格形式两种展现方式，当采用图形样式时，还会展示容器间的拓扑关系。

Weave Scope监控对象包括进程，容器，主机等，可以监控编辑器容器，存储容器或主机的CPU，内存等。在监控容器时还可以直接查看容器的日志信息，或直接对容器进行命令行操作，关闭，重启等控制。对容器的按条件展示，按名搜索，按资源使用搜索等，功能十分强大。

下面结合图4，对一个编辑器业务中容器的状态变迁以及容器间的协作做详细分析:

一个用户编辑器业务启动时，***整体的容器架构，一共有三个容器正在运行，包括文本编辑容器、一个存储功能容器和一个监控容器。

当用户申请一个编辑器业务时，泛容计算架构将编辑器业务分为两个子功能，一个是编辑文本的编辑功能，另一个是存储文本的存储功能。用户申请之后，***会分配给用户两个容器，一个文本编辑容器和一个存储功能容器。当文本编辑器运行时，两个容器都处于运行的状态，另外监控容器也在随时监控两个容器的使用情况和状态。

当文本编辑容器运行时会首先读取存储功能容器中的数据，如果有文本，则会接收存储功能发来的树形结构的文件名列表，并显示出来。

用文本编辑容器，编辑完成后，需要保存文件时，文本编辑容器会向存储功能容器发送请求，存储功能容器就会保存这个文本文件到本地的存储目录。

如果文本编辑容器，需要读取存储功能容器中保存的文件时，可以通过树形结构的文件名列表，实现按名读取文本文件，并将其以直接显示在网页上。

当用户完成业务后，申请结束这个编辑器业务时，***会回收之前分配给用户的文本编辑容器和存储功能容器。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种基于Docker的细粒度的分布式云计算架构，包括业务层、服务提供层、容器资源层、基础设施层，其特征在于：所述业务层用于向上给用户提供各类不同业务的接口，将业务发送到服务提供层，服务提供层包括用户接口、文字处理业务、算法业务、web业务；所述服务提供层用于将业务层中用户所需的业务拆解为不同的需求，不同的需求为存储服务、计算服务、通信服务，然后分发给下层不同功能的容器；所述容器资源层有两个方面的功能，功能一是负责容器的管理调度以及生命周期的管理，包括容器的创建、运行、停止、回收调度，功能二是根据容器不同的功能将容器资源池化成为负责不功能的容器资源池，包括数据库服务容器池、web服务容器池、通信服务容器资源池；所述基础设施层由各类基础的物理设施组成，包括各类硬件、网络设备、存储设备，各类硬件、网络设备、存储设备的用户不实际控制底层的基础架构，而是控制操作***或应用程序，还控制网络组件的选择，同时采用虚拟化技术，在同一个物理设施的服务器上生成多个容器，在这些容器与容器之间实现全面隔离。

2.根据权力要求1所述的一种基于Docker的细粒度的分布式云计算架构，其特征在于，所述服务提供层对用户所需要的业务进行拆解，将一个业务按功能细分成不同功能的服务，要实现一个业务则需要完成一个业务下的所有功能，通过拆解，实现了细粒度的服务架构。

3.根据权力要求1所述的一种基于Docker的细粒度的分布式云计算架构，其特征在于，所述容器资源层将容器池化，不同功能的容器负责不同的业务功能，只需要关注容器自身的调用和实现，解耦了不同功能容器之间的关联。

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