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微服务架构负载均衡及服务容错研究

微服务架构负载均衡及服务容错研究

作者：张开琦昆明理工大学

学位级别：硕士

随着我国互联网技术的持续发展,软件系统的内部结构始终处于不断变化、持续更新和适应之中。微服务架构因为具有服务组件化等相关特点,采用此架构能够构建出高可用及低耦合的应用系统,有效提高了系统的服务质量,微服务架构因此逐渐成为... 详细信息

随着我国互联网技术的持续发展,软件系统的内部结构始终处于不断变化、持续更新和适应之中。微服务架构因为具有服务组件化等相关特点,采用此架构能够构建出高可用及低耦合的应用系统,有效提高了系统的服务质量,微服务架构因此逐渐成为主流软件开发架构。而微服务架构的负载分配不均会导致节点过载问题,并且服务之间调用会产生雪崩效应,因此本文以微服务架构为研究对象,针对其中的负载均衡和服务容错进行研究,本文所做具体研究内容如下:（1）针对微服务架构在异构集群中的负载倾斜的问题,本文通过引入分区虚拟节点的概念,采用熵权法在有限负载一致性哈希算法的基础上对各个服务节点进行权重的划分,然后根据各服务节点的权重进行分配相应的负载。实验表明,改进后该算法在保持较高性能的同时,能够满足对微服务同构集群和异构集群的支持。（2）针对微服务架构中服务流量过大时可能出现的系统雪崩效应的问题,本文设计基于微服务网关的服务容错策略,利用令牌桶算法进行定制化限流,根据信息的请求不同,限制服务入口的请求流量,在此基础上引入服务降级和熔断器策略,在请求时延超过最大值时,返回错误信息,从而拒绝访问该服务。实验结果表明,基于微服务网关的服务容错策略模型能够根据请求进行定制化限流,有效降低了系统出错的概率,提高了微服务架构系统的可靠性。（3）最后通过分析系统实例的特点和功能需求,基于Spring Cloud技术栈说明了微服务架构系统的总体设计方法以及核心服务组件的实现方法,并将本文负载均衡及服务容错方法在系统中进行实现。实验结果表明,本文提出的负载均衡及服务容错策略有效解决了微服务架构的负载均衡和服务容错问题,并为微服务架构系统的设计提出了一种新的方案。

关键词：微服务架构负载均衡服务容错 Spring Cloud 一致性哈希算法

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一种面向服务架构中服务容错的策略

苏州大学学报（自然科学版） 2009年第3期25卷 36-41页

作者：王昇张广泉章晓芳苏州大学计算机科学与技术学院江苏苏州215006 中国科学院计算机科学国家重点实验室北京100080

服务作为面向服务架构中的基本组成元素往往分布在局域网络甚至是广域网络的异构平台中,如何在开放、动态、难控的网络环境中充分保证系统的可靠性成为亟待解决的重要问题.构造具有容错能力的可信服务是一种较为可行的策略,即在服务构... 详细信息

服务作为面向服务架构中的基本组成元素往往分布在局域网络甚至是广域网络的异构平台中,如何在开放、动态、难控的网络环境中充分保证系统的可靠性成为亟待解决的重要问题.构造具有容错能力的可信服务是一种较为可行的策略,即在服务构件接口模型的基础上,选用行为一致的候选构件动态置换出错构件.提出了服务构件间的可置换性定义、相关定理,保证了契约一致的候选构件与原构件是可组合的,最后通过订单和仓库管理系统实例讨论了该策略的可行性.

关键词：面向服务架构服务容错服务构件动态置换

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软件系统参数智能优化平台的设计与实现

软件系统参数智能优化平台的设计与实现

作者：武茜西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着互联网与计算机科学技术的高速发展,运用软件系统来解决复杂实际问题的场景越来越丰富。然而随着业务访问量的不断增大,软件系统的负荷不断加重,性能不断下降,迫切需要提升软件系统的性能以适应更多的应用场景。软件系统的性能很大... 详细信息

随着互联网与计算机科学技术的高速发展,运用软件系统来解决复杂实际问题的场景越来越丰富。然而随着业务访问量的不断增大,软件系统的负荷不断加重,性能不断下降,迫切需要提升软件系统的性能以适应更多的应用场景。软件系统的性能很大程度上取决于其本身的参数配置,很多组织依靠聘请专家来配置参数,费用往往十分昂贵;并且随着软件系统规模和复杂性的不断增大,传统人工优化参数越来越困难,如何实现自动优化软件系统参数配置成为一个研究热点。针对上述问题,受企业委托,本文设计并实现了一个软件系统参数智能优化平台,平台主要基于当前学术界和工业界主流和最新的参数优化算法,支持用户根据实际业务场景中待优化系统的性能需求,配置优化实验环境并自定义组合参数优化算法,构建一个优化实验,最后得到待优化系统的参数优化配置,从而有效提升软件系统性能,降低运营成本。论文的主要工作如下:(1)需求分析。通过对现有软件系统参数优化工作的调研研究和分析,确认软件系统参数智能优化平台的需求,并根据目标软件系统参数配置的优化工作流程,将业务划分为待优化系统管理模块、算法管理模块、实验管理模块和用户管理模块,同时分析说明系统需具备的性能需求;(2)设计与实现。结合系统的需求,设计软件系统参数智能优化平台的整体架构并完成各功能模块的开发工作,实现软件系统参数的智能优化。通过Spring Cloud微服务架构实现各个功能模块的业务逻辑,使得系统功能模块之间具备松耦合和高可扩展特性,同时基于改进的令牌桶算法设计微服务服务限流策略,提升系统服务容错能力;基于Open Stack虚拟化工具完成优化实验环境的创建和管理,实现实验环境的自动化安装部署;基于Docker容器技术和Kubernetes容器编排技术实现对算法组件的生命周期管理,保证算法运行的独立性和稳定性;(3)系统测试。在完成系统设计与实现工作后,根据需求分析撰写测试用例并搭建测试环境进行系统测试。系统测试部分主要测试平台四大功能模块的主要功能,同时测试各模块的响应时间是否满足性能需求、系统交互是否稳定以及使用的算法是否对微服务容错能力有所改进。经过系统测试,本文设计实现的软件系统参数智能优化平台的所有功能逻辑处理均正常,且响应时间符合用户预期,平台具有足够的稳定性和可靠性。在平台上线后,企业用户可通过简单配置自动生成一个优化实验环境,最后得到给定硬件环境下,待优化软件系统目标参数的最优配置结果。通过避免传统人工参数优化,有效减少参数优化的成本,从而实现对目标软件系统参数优化的智能化需求。综上所述,软件系统参数智能优化平台可以在不增加运行成本的基础上尽可能提高软件系统性能,降低软件系统运维成本,在促进软件系统性能自动优化等方面具有重大意义。

关键词：参数智能优化软件系统微服务服务容错 OpenStack

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基于微服务框架的信息服务平台

东南大学学报（自然科学版） 2017年第A1期47卷 48-52页

作者：龙新征彭一明李若淼北京大学计算中心北京100871

针对微服务架构注册发现、负载均衡、可靠性保障和访问控制等问题,提出了一种分层的微服务框架.该框架自下而上分为数据层、基础层、服务层、业务层和表示层5个层次.在框架的实现过程中,通过采用开源分布式服务框架Spring Cloud,实现了... 详细信息

针对微服务架构注册发现、负载均衡、可靠性保障和访问控制等问题,提出了一种分层的微服务框架.该框架自下而上分为数据层、基础层、服务层、业务层和表示层5个层次.在框架的实现过程中,通过采用开源分布式服务框架Spring Cloud,实现了基于Eureka的注册发现,基于服务实时变化的动态负载均衡,基于Hystrix的服务可靠性保障以及基于OAuth2的访问控制.最后基于该框架搭建了"北京大学校园移动信息服务平台".目前,该平台响应迅速,运行稳定,总关注人数已达到33 000余人,日访问量2 000余次.

关键词：微服务服务注册服务发现负载均衡服务容错访问控制

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基于形式化的Web服务描述与动态替换

基于形式化的Web服务描述与动态替换

作者：梁健上海交通大学

学位级别：硕士

随着互联网技术和电子商务的飞速发展,各类企业都纷纷采用因特网和Web技术,将它们的主要服务搬到互联网上,以得到更强的自动性、更迅速的交易和更广阔的视野。SaaS（Software as a Service）这一概念被广泛接受,被认为是软件应用发展的... 详细信息

随着互联网技术和电子商务的飞速发展,各类企业都纷纷采用因特网和Web技术,将它们的主要服务搬到互联网上,以得到更强的自动性、更迅速的交易和更广阔的视野。SaaS（Software as a Service）这一概念被广泛接受,被认为是软件应用发展的下一个重要趋势,它也将进一步推动Web服务的发展。Web服务在商务活动和企业交流中扮演了越来越重要的角色,它的稳定性也就成为了人们关注的焦点,于是Web Service容错技术成为研究热点。? 传统的Web Service容错主要从服务提供者和服务注册中心出发,采用扩展标准协议或服务注册中心的办法,建立服务冗余机制来进行容错。但是这样的容错机制往往对服务请求者是透明的,无法充分使用网络上各式各样的服务资源,缺乏灵活性。本文站在服务请求者的立场,从服务流程控制的角度出发,提出了一个服务容错框架。该框架采用多版本冗余的容错策略,通过服务匹配的方式动态的在网络上查找符合功能匹配的服务作为备份服务。当服务流程中的某个服务失效后,容错框架自动检测出失效,并使用备份服务替换掉失效服务,保证流程继续运行。?本文主要完成的工作有:? 一、分析借鉴传统的服务容错技术,设计了一个基于多版本冗余容错策略的服务容错框架。该框架针对Fail-Stop类型的服务失效,利用轮询的方式检测失效后定位到失效服务,使用事先通过服务匹配方式查找到的备份服务替换失效服务以保证流程继续执行。? 二、分析容错框架的信息构建问题,即分析服务的功能描述问题,指出服务功能主要由输入输出参数和内部逻辑流程来描述,提出使用领域概念本体语义地描述服务的输入输出,使用领域过程本体语义地描述服务内部逻辑流程,并最终给出SOFL结合领域本体描述服务的具体形式,为多版本冗余策略的核心匹配算法提供信息基础。? 三、基于服务形式化语义描述,提出三级匹配思想,以服务需求为基准,对服务池中的服务依次进行领域本体匹配,输入输出匹配和过程匹配,最终得到精准的匹配结果。领域本体匹配基于相同功能的服务必引用相同的领域本体的思想筛选服务,是匹配服务和待匹配服务完成相同功能的基本保障;输入输出匹配从语义上比较匹配服务和待匹配服务的输入输出参数,要求匹配服务在输入输出参数上语义的包含待匹配服务;过程匹配把用服务过程本体元素标注过的CDFD按照一定规则转化为服务事件串集合,采用类似于求字符串编辑距离的方式求服务事件串的距离,在此基础上计算出服务事件串集合距离,并用服务事件串集合的距离表示对应的服务过程匹配度。? 四、实现一套原型系统,并在一个典型实例场景下,验证系统框架的可行和有效,主要对服务匹配算法进行验证,说明它的有效性和精确性。?

关键词：服务容错领域概念本体领域过程本体 MRFSF 服务描述服务匹配

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云计算环境下弹性服务管理框架研究

云计算环境下弹性服务管理框架研究

作者：肖博华中科技大学

学位级别：硕士

随着云计算时代的来临，云计算平台逐渐受到开发者的关注与青睐。然而，在云计算环境下托管复杂的分布式应用目前仍缺乏成熟的解决方案。针对云计算环境弹性伸缩的特性，如何高效地实现服务集群的可伸缩管理、如何在IaaS基础设施动态伸... 详细信息

随着云计算时代的来临，云计算平台逐渐受到开发者的关注与青睐。然而，在云计算环境下托管复杂的分布式应用目前仍缺乏成熟的解决方案。针对云计算环境弹性伸缩的特性，如何高效地实现服务集群的可伸缩管理、如何在IaaS基础设施动态伸缩时确保服务可用性、为服务实现可定制的负载均衡策略与容错策略都是在IaaS云计算平台上开发、部署SOA应用时必须解决的重要问题。云计算环境下弹性服务管理框架解决了上述问题，它包含服务集群可伸缩管理方案和集群可感知的RPC机制两个有机组成部分。服务集群可伸缩管理方案为部署于IaaS云计算平台的SOA应用提供了运行时动态伸缩的架构与系统拓扑实时感知的能力，它支持运行时动态地向服务集群中添加和删除服务实例，同时实时通知感兴趣的服务调用者，而不中断服务;允许系统中的每个组件快速、准确地获得系统拓扑结构并确保一致性。而集群可感知的RPC机制为RPC系统增加了服务发现、动态配置、软件层负载均衡策略、服务失效检测与容错等特性并提供了编程抽象，屏蔽了底层系统的实现细节，简化了云计算平台分布式系统的编程实现。通过这两个核心功能的实现，为IaaS平台上高可用、弹性伸缩的SOA应用的监控管理和编程实现提供了一个解决方案。云计算环境下弹性服务管理框架使用Scala语言开发，基于ZooKeeper与Thrift在Linux系统上实现。功能测试表明，服务集群可伸缩管理方案实现了对系统整体拓扑结构与服务实例运行状态的实时追踪;集群可感知的RPC机制实现了服务发现、动态配置、负载均衡、失效容错等功能。性能测试表明，在亚马逊EC2平台使用***实例搭建的服务集群可伸缩管理系统可以支持规模2000个服务实例的分布式应用。

关键词：云计算服务管理弹性服务容错

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云平台下可扩展分布式协调服务研究

云平台下可扩展分布式协调服务研究

作者：林浩泓华中科技大学

学位级别：硕士

云计算和大数据盛行的今天，云服务和数据处理分析通常建立在万级甚至百万级规模的机器平台上。在如此规模的集群中，软硬件失效概率增大，这给系统可靠容错提出了很大的挑战，对此通常采协调服务来解决问题。当前常见的协调服务系统（... 详细信息

云计算和大数据盛行的今天，云服务和数据处理分析通常建立在万级甚至百万级规模的机器平台上。在如此规模的集群中，软硬件失效概率增大，这给系统可靠容错提出了很大的挑战，对此通常采协调服务来解决问题。当前常见的协调服务系统（如Chubby和ZooKeeper）采用中心化架构来协调数据一致性，存在扩展性差和更新效率低等问题。针对云平台协调服务的规模较大、协调服务的多样化的特点，如何提高协调服务系统的动态可扩展性、如何提高服务效率、如何在服务节点失效后快速恢复都是协调服务系统必须解决的问题。云平台下可扩展协调服务系统包含协调服务原语、动态成员管理和一致性协议三个组成部分。协调服务原语采用内存数据组织方式和数据变更的监听机制来实现复杂的协调服务原语和数据存取服务。动态成员管理采用中间节点交叉树林的拓扑结构来组织服务节点，保证服务负载均衡和失效快速恢复，通过数据分发路径冗余的方式来提高数据分发的可靠性，另外为一致性协议层提供成员分组的结构。一致性协议层基于分组实现新的paxos协议：group paxos，以此解决传统paxos中间节点瓶颈的问题，来提高一致性协议的性能和扩展性。云平台下可扩展协调服务采用C++语言开发，运行在windows和linux操作系统上，目前已经在Github平台开源。测试表明，云平台下可扩展协调服务系统在数据更新效率不会随着节点的增加而明显下降，服务的扩展能力和更新性能比较好，节点失效恢复效率比ZooKeeper有明显地提高。

关键词：云计算协调服务可扩展服务容错

分布式服务架构下通信系统核心模块的设计与实现

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分布式服务架构下通信系统核心模块的设计与实现

作者：蒋旭东南京大学

学位级别：硕士

如今互联网技术已渗透到各行各业,应用系统的规模也随着用户数的增加不断扩大。软件的架构经历了从单一应用架构到垂直应用架构再到分布式服务架构的演变。结合业务进行服务化拆分因具有松耦合、去中心化、扩展灵活等优点,被广泛应用于... 详细信息

如今互联网技术已渗透到各行各业,应用系统的规模也随着用户数的增加不断扩大。软件的架构经历了从单一应用架构到垂直应用架构再到分布式服务架构的演变。结合业务进行服务化拆分因具有松耦合、去中心化、扩展灵活等优点,被广泛应用于大型企业应用系统。系统服务化拆分具有一系列优点的同时,也提出了新的难题和挑战。首先,在分布式环境下,服务间的依赖将变得更加复杂,集群中服务的信息需要由一个服务中心来管理。其次,随着业务的发展和调用量的上升,底层的模块需要经受高并发和高可用的考验。最后,集群中服务间的通信更是一个亟待解决的问题,要保证服务拆分后系统的正常运作,就需要一套稳定的通信机制和相应的协议栈支持。本论文基于以上这些问题,对公司的具体业务进行了调研,设计实现了满足业务需求的分布式服务通信系统。在系统设计前,本论文主要对国内外相关技术的发展状况作出了阐述,并在相似技术的选型上作出了对比,从而确定论文研究的意义。本论文设计实现的通信系统主要分为四个模块:服务注册中心模块主要负责分布式架构下服务信息的存储和路由的定制;基于Netty4框架的远程过程调用模块主要负责底层网络的信息传输以及提供与服务注册中心交互的能力;协议栈模块主要负责消息格式的规范制定以及提供序列化、反序列化的能力;服务容错模块主要负责整个系统的稳定性保障,提供服务熔断、服务恢复以及服务告警等健壮性上的能力。本论文各章节的阐述基于软件工程思想和方法,使用用例图和用例文本描述对系统作出需求分析,使用“4+1”视图描述系统的整体架构设计,使用流程图、时序图、类图描述系统的详细设计并基于以上分析实现了本论文阐述的通信系统。最后,对系统各模块进行了功能性和非功能性测试。本通信系统自上线来,根据服务监控的数据显示,上游业务的响应时间明显缩短,服务器的单点压力明显下降。在整体业务的稳定性和扩展性得到提升的同时,运维的成本也显著减少。

关键词：分布式服务通信协议服务路由服务容错

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基于微服务架构社会化发行系统设计与实现

网络安全技术与应用 2021年第4期 121-125页

作者：朱瑞新辽宁高速通智慧出行有限责任公司辽宁110000

为有效解决传统模式下客户前往附近营业厅或银行代理网点办理ETC业务时遇到的网点少、距离远、排队等待等问题,提出了一种基于微服务架构的ETC社会化发行系统。该系统采用前后端分离技术,具有高并发、松耦合、弹性扩展等特点。随着系统... 详细信息

为有效解决传统模式下客户前往附近营业厅或银行代理网点办理ETC业务时遇到的网点少、距离远、排队等待等问题,提出了一种基于微服务架构的ETC社会化发行系统。该系统采用前后端分离技术,具有高并发、松耦合、弹性扩展等特点。随着系统的实施部署,实践证明客户可随时随地在线办理ETC业务,不仅有效解决传统模式下遇到的各种问题,同时提高了ETC发行量。

关键词：社会化发行微服务松耦合高并发服务容错