楊玉霞，馬大喜，劉昭華，楊靖宇

（1.江西理工大學(xué) 建筑與測繪工程學(xué)院，江西 贛州 341000；2. 61733部隊 軟件保障室，北京 100034）

地理信息服務(wù)平臺是信息化條件下測繪成果對外服務(wù)的直接模式[1]。國內(nèi)學(xué)者在開源項(xiàng)目World Wind的基礎(chǔ)上研發(fā)了多個地理信息承載平臺，并開發(fā)了大量業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，取得了良好效果，但這只是在服務(wù)形式上的進(jìn)步，在面向大眾服務(wù)方面與Google Earth等相比還存在較大差距，特別是平臺所支持的并發(fā)用戶數(shù)量有限，限制了其推廣應(yīng)用。

1 服務(wù)器集群

1.1 基本原理

當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)的用戶數(shù)和網(wǎng)絡(luò)流量正在以幾何級數(shù)增長，這對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的可靠性和可伸縮性提出很高的要求。而最成功網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)所依靠的黃金原則是“快速的故障切換和擴(kuò)展”，即提供給用戶的服務(wù)能夠透明地進(jìn)行失效切換和擴(kuò)展，而不中斷用戶的操作和體驗(yàn)，因?yàn)槿魏我馔獾姆?wù)中斷都將造成不可估量的損失[2]。

基于IP層和內(nèi)容請求分發(fā)的負(fù)載平衡調(diào)度方法，將一組服務(wù)器構(gòu)成一個實(shí)現(xiàn)可伸縮的、高可用網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)器集群正成為主流網(wǎng)絡(luò)服務(wù)結(jié)構(gòu)。服務(wù)器集群的結(jié)構(gòu)對客戶是透明的，客戶訪問集群提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)就像訪問一臺高性能、高可用的服務(wù)器一樣，程序不受服務(wù)器集群的影響，不需作任何修改。系統(tǒng)的伸縮性通過在服務(wù)器集群中透明地加入和刪除節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)，通過檢測節(jié)點(diǎn)或服務(wù)進(jìn)程故障和正確重置系統(tǒng)達(dá)到高可用性[3]。

負(fù)載均衡集群運(yùn)行時一般通過一個或多個前端負(fù)載均衡器（HAProxy、Nginx等）將工作負(fù)載分發(fā)到后端的一組服務(wù)器上，從而將工作負(fù)載分發(fā)。一般Web服務(wù)器集群、數(shù)據(jù)庫集群和應(yīng)用服務(wù)器集群都屬于這種類型。雖然計算機(jī)領(lǐng)域?qū)γ嫦蛲ㄓ镁W(wǎng)絡(luò)服務(wù)的服務(wù)器集群技術(shù)進(jìn)行了大量研究，但在地理信息服務(wù)領(lǐng)域的研究仍較少。

1.2 部署方案

地理信息服務(wù)器集群由一臺負(fù)載均衡服務(wù)器與多臺WebGIS應(yīng)用服務(wù)器組成[4-6]，如圖1所示。核心部件是負(fù)載均衡服務(wù)器，是一個中心控制器，按某一負(fù)載均衡策略將用戶請求分派到各WebGIS應(yīng)用服務(wù)器上。同時，它還對各WebGIS應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)某個WebGIS應(yīng)用服務(wù)器負(fù)載過重或出現(xiàn)故障時，還負(fù)責(zé)進(jìn)行負(fù)載重新分配和故障轉(zhuǎn)移處理。負(fù)載均衡利用收集到的負(fù)載信息將任務(wù)分配到最佳GIS應(yīng)用服務(wù)器，使整個系統(tǒng)達(dá)到最大吞吐量和最快響應(yīng)速度。

常用的負(fù)載均衡軟件有HAProxy、Nginx等，其中Nginx是一款輕量級的負(fù)載均衡服務(wù)器，具有高并發(fā)連接數(shù)、內(nèi)存消耗低、穩(wěn)定性高、功能模塊豐富等優(yōu)勢[7-9]。它工作于OSI網(wǎng)絡(luò)模型的應(yīng)用層，不僅可對HTTP應(yīng)用實(shí)施分流策略，且對網(wǎng)絡(luò)的依賴性較小，理論上只要Ping得通，就能實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。同時它也是一個高性能的HTTP和反向代理的服務(wù)器，且Nginx反向代理服務(wù)器具有緩存功能，當(dāng)有用戶發(fā)出請求時，代理服務(wù)器首先檢查用戶請求是否存在緩沖區(qū)里，如果已存在且是最新的，那么它就不到內(nèi)部服務(wù)器上讀取信息，而直接將緩沖區(qū)中的信息傳送給瀏覽器，節(jié)省了與后端Web 服務(wù)器的通信開銷，大大加快了訪問速度，減輕了后端Web 服務(wù)器的負(fù)擔(dān)。

相應(yīng)的用戶請求和服務(wù)器響應(yīng)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)過程如下：

1）用戶通過瀏覽器向地理信息服務(wù)平臺發(fā)送數(shù)據(jù)請求；

2）負(fù)載均衡服務(wù)器接受用戶數(shù)據(jù)請求，并根據(jù)設(shè)定的負(fù)載均衡策略將請求轉(zhuǎn)發(fā)至對應(yīng)的應(yīng)用服務(wù)器；

3）應(yīng)用服務(wù)器根據(jù)用戶請求提取對應(yīng)的數(shù)據(jù)生成地圖圖片，并返回給負(fù)載均衡服務(wù)器或直接返回給客戶端；

4）負(fù)載均衡服務(wù)器返回結(jié)果給用戶。

2 系統(tǒng)實(shí)例

2.1 系統(tǒng)概況

基于上述服務(wù)器集群架構(gòu)搭建基礎(chǔ)地理信息服務(wù)平臺，為某單位約300名用戶提供并發(fā)訪問。系統(tǒng)由6臺服務(wù)器組成，其中1臺作為負(fù)載均衡服務(wù)器安裝負(fù)載均衡軟件Nginx，其他5臺作為WebGIS服務(wù)器，安裝GeoServer軟件提供地理信息服務(wù)（如WMS、WFS等）。

利用Nginx搭建服務(wù)器集群的關(guān)鍵在于修改conf目錄下配置文件nginx.conf，主要修改內(nèi)容位于Upstream節(jié)。目前Nginx支持5種分配策略：輪詢、Weight、ip_hash、fair和url_hash。本文采用的負(fù)載均衡策略為ip_hash，具體配置如下：

upstream backend {

server 192.168.1.200:80;

server 192.168.1.201:80;

server 192.168.1.202:80;

server 192.168.1.203:80;

server 192.168.1.204:80;

ip_hash;

}

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在搭建完成地理信息服務(wù)平臺后，利用World Wind、OpenLayers、OSGEarth等開源軟件定制開發(fā)了多種客戶端應(yīng)用程序來使用GeoServer服務(wù)器發(fā)布的WMS地理信息服務(wù)。經(jīng)過壓力測試和近3個月的試運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，能夠支撐300個用戶并發(fā)訪問要求。圖2為某一客戶端的運(yùn)行結(jié)果。

3 結(jié) 語

本文以地理信息的大眾化服務(wù)為應(yīng)用需求，研究地理信息服務(wù)平臺的機(jī)器部署方案，并以Nginx、GeoServer等軟件為基礎(chǔ)搭建面向300個用戶并發(fā)量的地理信息服務(wù)平臺，驗(yàn)證了該方法的有效性。然而，在解決了單臺服務(wù)器負(fù)載過大的問題后，單一站點(diǎn)的出口帶寬有可能成為新的性能瓶頸，限制用戶規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大。應(yīng)進(jìn)一步研究分布式部署方案，同時緊跟計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展前沿，進(jìn)一步探討云計算環(huán)境下的數(shù)據(jù)中心部署方案。

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