[发明专利]集群环境中高度可用的有状态容器

说明书

一种用于分布式计算环境中的有状态容器的系统，包括具有通过网络通信连接的多个计算节点的服务器集群。所述服务器集群内的每个计算节点包括一个或多个虚拟主机、在每个虚拟主机之上操作的一个或多个容器以及在容器之上操作的应用程序实例，其通信地耦合到永久存储介质。每个虚拟主机实例化并绑定到唯一的虚拟网际协议地址，该地址链接到驻留应用程序状态数据的永久存储介质。

相关申请

本申请涉及并要求2018年3月23日提交的美国非临时专利申请15/933,885的优先权，该15/933,885申请要求2017年3月23日提交的美国专利申请62/475,380的优先权，两者的全部内容通过引用结合于此，用于所有目的，如同在此完全阐述一样。

背景技术

发明领域

本发明的实施例总体上涉及集群环境中的应用程序的数据可用性，并且更具体地涉及容器化集群环境中的状态计算。

相关背景

应用程序通常使用配置为集群的多个互连计算机进行部署。集群配置可以为系统带来各种好处，例如提高可扩展性和可用性。通过使系统能够跨集群的多个节点分布负载，可以增强可伸缩性。例如，可以通过在每个节点上执行单独的应用程序实例来使用集群部署Web应用程序。由于每个应用程序实例都能够处理所有的Web请求，因此集群享有集群中所有节点的组合计算资源。通常，集群包括负载均衡器，其接收网络请求，应用一些负载平衡算法来决定哪个服务器实例应该为请求提供服务，并将请求转发到确定的节点。

集群配置可能增强的另一个属性是可用性。对于在非集群环境中执行的Web应用程序，服务器故障会导致Web应用程序不可用，直到修复服务器为止。相反，集群环境启用故障转移技术，从而当一个节点发生故障(主服务器)时，另一个节点(恢复/故障转移服务器)可以为故障的主节点的负载提供服务。努力实施故障转移技术，使服务器故障对客户端透明。

为Web应用程序实现透明故障转移的一个难点是服务器通常保留与每个客户端/服务器交换相对应的数据。这种状态数据的交换是服务器在客户端使用应用程序期间，而不是仅在一次交换的持续时间内，必须保留的数据。例如，电子商务Web应用程序可以维护会话数据，该会话数据指示用户已经存储在其购物车中的项目。系统必须跨多个请求保留此类数据，以便用户的购物车保留项目，即使在用户导航到新页面之后也是如此。要实现透明故障转移，恢复服务器必须能够访问客户端的状态数据。

为存储此类数据的Web应用程序实现透明故障转移具有不同方法。在某些系统中，服务器将此类数据保存到永久后端存储，例如共享数据库或文件系统。如果服务器或应用程序崩溃(故障)，则恢复服务器可以从共享的永久存储介质访问保存的数据。遗憾的是，将与客户端/服务器交换或状态数据相关的数据写入共享永久存储通常会造成显着的性能损失。此外，实现永久性存储意味着额外的成本和复杂性。

实现透明故障转移的另一种技术是在内存中复制状态数据。在此类系统中，服务器将其状态数据备份到集群中的一个或多个其他服务器(备份服务器)上。如果节点发生故障，负载均衡器会将下一个客户端请求路由到另一个服务器，然后该服务器使用某些协议来定位备份服务器和相应的状态数据。服务器可以从备份服务器检索状态数据，也可以将客户端请求转发给备份服务器。无论哪个服务器处理请求，还会选择一个或多个新的备份服务器来复制会话数据。

当状态数据被复制到集群中的其他服务器时，单个服务器上的不同组件可以以彼此独立的方式复制它们各自的会话数据。因此，状态数据的不同部分可以被复制到不同的备份服务器。当服务器上的一部分状态数据被复制到一个备份服务器而另一部分状态数据被复制到另一个备份服务器时，从服务器的故障中恢复可能需要额外的时间和资源。因此，仍然需要在分布式计算环境中永久存储状态数据。

通过使用虚拟环境和应用程序容器，集群环境中的可用性和可伸缩性也得到了增强。容器用于将一组进程与操作系统上的其他进程隔离。