[发明专利]服务副本读写方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种服务副本读写方法及系统，属于云计算与服务计算、副本技术和一致性技术领域。

背景技术

云计算与服务计算技术

近年来，随着互联网和分布式技术的不断发展，网络应用进入了云计算时代。通过云计算技术，软硬件资源和数据能够以服务的形式按需提供给用户和其他设备。云计算技术的特征是：(1)按用支付，整体成本大幅度降低；（2）按需使用，用户可以根据需求随时更换和选择自己所需的软硬件资源；(3)资源可靠性、计算性能、共享程度以及透明性提高，云计算通过资源副本、弹性、多租户和虚拟化技术的使用大幅提升资源可靠性、性能、共享程度以及透明性。从用户角度来看，云计算的应用模式有三种：软件即服务（Software as a Service，简称：SaaS）,各种软件通过浏览器、手机等终端向用户提供服务；平台即服务(Platform as a Service，简称：PaaS,),通过网络提供可托管的运行、计算平台，使得用户能够在这些平台上运行；底层资源即服务(Infrastructure as a Service，简称：IaaS,),虚拟机、数据存储等底层资源以服务的形式供用户选择和使用。

平台即服务作为云计算的一种重要模式，越来越受到关注。PaaS作为托管平台，允许开发人员透明的远程部署自己的各种应用程序，而不需要关注底层的硬件、操作系统和依赖的中间件。这些应用程序部署在PaaS平台以后，又能够以Web应用的形式被互联网上的用户访问和使用。但是，(1)由于PaaS平台底层使用的商用廉价计算机、网络设备、硬盘以及后台复杂的管理任务，使得平台不可避免的出现失效的情况。失效会影响到平台上部署的成千上万的应用服务，而大部分应用服务又要求7X24的不间断服务能力，也就是高可用性。高可用性的需求使得PaaS平台不得不采用类似于副本技术的方法屏蔽系统失效，保证部署应用的持续服务能力;(2)互联网应用具有一个特点，它不以安装的软件数目来衡量用户数，而是以某时间段内的用户请求数来度量。部署在PaaS平台上的应用服务很有可能在很短的一段时间内用户数出现爆发式增长，传统的服务部署方式由于受限于节点的计算网络能力，往往出现服务忙、服务不可用等情况，所以PaaS平台一般会采取资源弹性的方式为相应的服务快速构建副本，从而实现负载分流，满足井喷式用户增长的访问需求。

另外，服务计算领域强调应用程序通过网络通信协议将接口暴露出来以允许第三方应用进行远程调用，从而达到应用集成的目的。基于SOA(面向服务的体系架构，Service Oriented Architecture)的体系结构和Web服务等技术标准使得服务计算得到了广泛的企业应用。目前随着云计算的发展，服务计算领域开始泛化和延伸，几乎所有的通过网络可达的应用，包括数据中心、社会网络以及Web APIs(Web应用程序编程接口，Web Application Program Interfaces)等，都被认为是广义上的服务。这些服务大部分具有类似的高可用性和可扩展性需求，同样亟需相应的解决方案。

副本技术

副本是分布式领域提升系统可用性和负载均衡的主流技术。针对服务，它一般将服务进行多个副本的备份，首先当某些副本失效的时候可以将请求转发到其余正常的副本进行处理；其次可以将请求在多个副本间进行负载均衡。副本技术面临着两个方面的挑战，其一，如何保证多个副本间的一致性；其二，如何快速恢复失效的节点以保持可用的副本数。第二个挑战目前已经有相对成熟的方案进行解决，只是效率高低的差异。但第一个挑战目前一直是研究的难点和热点。

常见的副本策略包括：（1）主从备份策略。该策略一般通过间断式的主从节点状态同步来维持一致性，但实际上当主节点在两次同步时间点之间失效时，一部分主节点状态会丢失。而且最近的研究表明，在大规模分布式系统中主从两个节点同时失效的概率大大增加；（2）两阶段提交（Two-Phase Commit，简称：2PC）协议。该协议由于在协调副本节点处阻塞以等待所有其余节点的反馈消息，所以性能较差。而且，任何一个节点的失效都会导致协议的终止。虽然有人对该协议进行了改进并提出三阶段提交协议，但性能依然不好;（3）组通信。组通信的基本思想是将分布式系统中的多个进程构成一个组，然后保证所有进程发出的消息顺序与消息到达的顺序一致。组通信的缺点是每一次的节点失效都会造成组视图更新，从而导致性能下降;(4)Paxos算法。Paxos算法广为接收的分布式异步一致性算法，她的正确性和活性已经得到证明。根据副本状态机模型，Paxos算法能够保证所有的副本对请求序列的顺序达成一致，从而使得所有副本的状态保持同步。