一种嵌入式系统及基于其的数据流负载均衡方法与流程

1.本发明属于通信技术领域，涉及一种嵌入式系统及基于其的数据流负载均衡方法。


背景技术：

2.负载均衡归根究底就是对数据进行合理的分配，让固定数量的数据流均衡分配到每一个处理设备中，进行处理。在负载均衡技术应用中，数据流可以被引导在两个链路或者多个链路中进行传递，也就是多链路负载均衡的问题。
3.在嵌入式环境中，数据流负载均衡面临的挑战主要是没有一个通用负载均衡框架，目前商用的负载均衡框架只是针对网络数据请求进行相应的数据分发处理，负载均衡器运行于网络转发网关中，不适用于嵌入式平台应用场景。在低成本、低能耗和计算能力受限的嵌入式系统中对数据流拓扑复杂多变的应用进行数据流负载均衡面临挑战。


技术实现要素：

4.为解决现有技术存在的难题，本发明提供了一种嵌入式系统，包括：
5.节点管理器，通过调用接口启动后端应用可执行程序，向节点控制器发送节点状态信息；
6.节点控制器，实时接收节点管理器发送的节点状态信息，并进行节点新增和节点移除管理，采集应用的cpu负载信息并将其发送给副本控制器；
7.应用管理器，接收上位机应用部署命令，并进行应用下载，将应用运行相关文件分发到对应的节点；
8.副本控制器，监测节点状态信息和应用的cpu负载信息，执行应用弹性伸缩算法控制应用的副本数量；
9.负载均衡控制器包括负载均衡控制模块和命令发送模块，负载均衡控制模块基于应用副本数量和应用收发数主题生成负载均衡控制信息，命令发送模块负责将负载均衡控制信息发送给对应的应用副本；
10.应用及应用副本，包括命令接收模块和数据流控制模块，命令接收模块负责接收来自负载均衡控制器的控制信息，数据流控制模块基于负载均衡控制信息控制应用的发数节奏。
11.还提供了一种数据流负载均衡方法，所述方法基于上述嵌入式系统实现，具体包括以下步骤：
12.应用管理器将应用分发到对应节点上的节点管理器，节点管理器启动应用运行，向节点控制器发送节点状态信息；
13.节点控制器，实时接收节点管理器发送的节点状态信息，采集应用的cpu负载信息并将其发送给副本控制器；
14.副本控制器通过节点状态信息和应用的cpu负载信息执行应用弹性伸缩算法控制
应用的副本数量；
15.负载均衡控制器基于应用副本数量和应用收发数主题生成负载均衡数据流控制信息，并将数据流控制信息发送给对应的应用副本；
16.应用副本基于收到的数据流控制信息控制应用的发数节奏，从而完成数据流的负载均衡处理过程；
17.负载均衡控制器周期性监测系统中应用副本数量是否更新，进行负载均衡控制流程。
18.进一步地，所述弹性伸缩控制流程具体包括：
19.副本控制器监测应用cpu负载信息；
20.判断应用cpu负载信息是否大于上限阈值，若是，则弹出应用副本后结束流程，若否，则判断应用cpu负载信息是否小于下限阈值，若是，则缩减应用副本后结束流程，若否，则直接结束流程。
21.进一步地，所述负载均衡控制流程具体包括以下步骤：
22.监测应用副本数量是否更新，若否，则直接结束流程；
23.若是，则控制应用副本的发数比例，发送控制信息给对应的应用副本，判断副本信息是否更新成功，若是，则直接结束流程，若否，则返回到发送控制信息给对应的应用副本，重复上述步骤，直到流程结束。
24.进一步地，所述负载均衡数据流控制信息包括发数比例信息。本发明与现有技术相比，其有益效果如下：
25.本发明采用弹性伸缩与负载均衡结合的设计方法，实现在低成本、低能耗和计算能力受限的嵌入式系统中对数据流拓扑复杂多变的应用进行数据流负载均衡。支持计算能力受限环境下的负载均衡策略，提高嵌入式平台数据处理能力以及计算资源和网络资源利用率，提升嵌入式平台可靠性，实现雷达领域高性能处理需求。
附图说明
26.图1为实施例一的嵌入式系统数据流负载均衡框架图。
27.图2为实施例二的弹性伸缩控制流程图。
28.图3为实施例二的负载均衡控制流程图。
具体实施方式
29.下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步详细描述。
30.实施例一：
31.本实施例提供了一种嵌入式系统，如图1所示，包括：
32.节点管理器，主要包括应用启动模块和心跳模块。应用启动模块通过操作系统调用接口启动后端应用可执行程序，同时节点管理器发送心跳信息(ok：代表正常)给节点控制器，其中发送节拍可配置，默认为1秒。
33.节点控制器，主要包括节点监控和管理模块，负责实时接收节点管理器的心跳信息，在节点管理器异常时，节点控制器检测到节点管理器的心跳信息连续丢失三次，将节点状态置为异常。通过节点控制器进行节点新增和节点移除管理以及采集应用的cpu负载信
息并将其发送给副本控制器。
34.应用管理器，主要包括应用分发模块，负责接收上位机应用部署命令，并进行应用下载，将应用运行相关文件分发到对应的节点。
35.副本控制器，主要包括监测模块和应用副本控制模块，负责监测节点状态信息和应用的cpu负载信息，执行应用弹性伸缩算法控制应用的副本数量。
36.负载均衡控制器，主要包括负载均衡控制模块和命令发送模块，负载均衡控制模块基于应用副本数量和应用收发数主题生成负载均衡控制信息(例如发数比例信息)，命令发送模块负责将负载均衡控制信息发送给对应的应用副本。
37.应用及应用副本，主要包括命令接收模块和数据流控制模块，命令接收模块负责接收来自负载均衡控制器的控制信息，数据流控制模块基于发数比例控制应用的发数节奏。
38.实施例二
39.本实施例提供了一种数据流负载均衡实现方法，所述方法基于实施例一的嵌入式系统实现，具体包括以下步骤：
40.在用户通过执行应用部署命令将仓库中的应用下载到后台，调度器根据应用的资源需求生成部署方案；
41.应用管理器依据部署方案将应用分发到对应节点上运行。应用运行过程中，随着任务处理的数据量越来越大，一个应用程序已经无法满足处理要求，这时候节点控制器采集应用的cpu负载信息，并将这一信息发送给副本控制器；
42.副本控制器通过节点状态信息和应用的cpu负载信息执行应用弹性伸缩算法控制应用的副本数量；
43.负载均衡控制器基于应用副本数量和应用收发数主题生成负载均衡数据流控制信息(例如发数比例信息)，并将数据流控制信息发送给对应的应用副本；
44.应用副本基于收到的数据流控制信息控制应用的发数节奏，从而完成数据流的负载均衡处理过程；
45.节点控制器采集应用的cpu负载信息将其发送给副本控制器，副本控制器通过弹性伸缩控制流程缩减应用副本或弹出应用副本；如图2所示，所述弹性伸缩控制流程具体包括：
46.副本控制器监测应用cpu负载信息；
47.判断应用cpu负载信息是否大于上限阈值，若是，则弹出应用副本后结束流程，若否，则判断应用cpu负载信息是否小于下限阈值，若是，则缩减应用副本后结束流程，若否，则直接结束流程；
48.于此同时，负载均衡控制器周期性监测系统中应用副本数量是否更新，进行负载均衡控制流程，如图3所示，所述负载均衡控制流程具体包括以下步骤：
49.监测应用副本数量是否更新，若否，则直接结束流程；
50.若是，则控制应用副本的发数比例，发送控制信息给对应的应用副本，判断副本信息是否更新成功，若是，则直接结束流程，若否，则返回到发送控制信息给对应的应用副本，重复上述步骤，直到流程结束。
51.应用副本(图1中的应用a-应用an)收来自负载均衡控制器的控制信息，基于发数
比例控制应用的发数节奏。
52.本实施例支持x86、dsp和飞腾等混合嵌入式平台的负载均衡实现方法，提高嵌入式平台数据处理能力以及计算资源和网络资源利用率。
53.本发明建立了一种嵌入式系统数据流负载均衡框架，实现在低成本、低能耗和计算能力受限的嵌入式系统中对数据流拓扑复杂多变的应用进行数据流负载均衡；本发明采用弹性伸缩与负载均衡结合的设计方法，提升嵌入式平台可靠性，实现雷达领域高性能处理需求；本发明提供了x86、dsp和飞腾等混合嵌入式平台的负载均衡实现方法，提高嵌入式平台数据处理能力以及计算资源和网络资源利用率。
54.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。