在 Lab 2 中，我们完成了一个简化的 HTTP/1.1 Web 服务器；
在 Lab 3 中，我们完成了一个简化的 分布式数据库系统。
现在让我们尝试将两者组合并完善，构建一个高性能的分布式选课系统。
我们的目标：
- 运用课程知识与过去的实验项目，构建一个分布式选课系统
- 学习如何提高一个系统的健壮性和可扩展性，尽可能提升其性能
注意：如果你选择完成 Lab 4，那么将不再需要完成 Lab 3，因为 Lab 4 已经涵盖了 Lab 3 的要求。我们会根据你的 Lab 4 完成情况对 Lab 3 进行打分。
你所需要的有关 Http Server 与 Distributed Database 的基础知识都在过去的实验中，如果你忘记了或者想要复习，可以重新查看 Lab 2 和 Lab 3。
负载平衡（英语：load balancing）是一种电子计算机技术，用来在多个计算机（计算机集群）、网络连接、CPU、磁盘驱动器或其他资源中分配负载，以达到优化资源使用、最大化吞吐率、最小化响应时间、同时避免过载的目的。 使用带有负载平衡的多个服务器组件，取代单一的组件，可以通过冗余提高可靠性。负载平衡服务通常是由专用软件和硬件来完成。 主要作用是将大量作业合理地分摊到多个操作单元上进行执行，用于解决互联网架构中的高并发和高可用的问题。
负载均衡最重要的一个应用是利用多台服务器提供单一服务，对于互联网服务，负载平衡器通常是一个软件程序，这个程序侦听一个外部端口，互联网用户可以通过这个端口来访问服务，而作为负载平衡器的软件会将用户的请求转发给后台内网服务器，内网服务器将请求的响应返回给负载平衡器，负载平衡器再将响应发送到用户，这样就向互联网用户隐藏了内网结构，阻止了用户直接访问后台（内网）服务器，使得服务器更加安全，可以阻止对核心网络栈和运行在其它端口服务的攻击。
当所有后台服务器出现故障时，有些负载平衡器会提供一些特殊的功能来处理这种情况。例如转发请求到一个备用的负载平衡器、显示一条关于服务中断的消息等。负载平衡器使得IT团队可以显著提高容错能力。它可以自动提供大量的容量以处理任何应用程序流量的增加或减少。
为了更好的实现负载均衡器，你可能需要选择一种或几种合适的调度算法。
对于 basic 版本，你只需要运行一个 Web 服务器，与其相连的是多个存储器集群。
对于 Web 服务器，我们要求：支持高并发，可以同时响应多个客户端发送的请求。
对于 存储器集群，我们要求：集群数量不小于2，单个集群之间的通信可以使用 2PC 或 RAFT 协议实现。
当存储器集群数量增多时，你需要对存储的数据进行分块，如 Course 中的部分数据可以存储在 Cluster 1 中，另一部分相关的数据可以存储在 Cluster 2 中。
对比 basic 版本，你需要在 basic 版本的基础上，同时运行多个 相同功能的 Web 服务器，并实现一个自己的负载均衡器，它能够对来自客户端的请求进行分流，向合适 Web 服务器转发客户端请求。
为了更好的进行测试与评阅，我们将对实验过程中的一些数据格式进行标准规定，请确保你实现的最终系统在这些对外接口上是我们的标准一致的。
Web 服务器对外与 Clients 进行交互，负责解析来自 Clients 的请求，并根据需要向下查询数据库获取数据后响应给 Clients。
由于你的 Web 服务器需要连接上存储服务器，同时为了更好地统一测试，我们需要你的 Web 服务器采用标准的配置文件启动，如：
web-server --ip 127.0.0.1 --port 8080 --config_path store_servers.conf
对于 store_servers.conf，需要包含将服务器连接的存储服务器的信息，如：
对 2pc，
127.0.0.1:8081
对 raft，需要的存储服务器可能会有多个，
127.0.0.1:8081
127.0.0.1:8082
127.0.0.1:8083
127.0.0.1:8084
如果你同时使用了多个集群，请用空行分隔不同集群，如：
127.0.0.1:8081
127.0.0.1:8091
127.0.0.1:8092
127.0.0.1:8093
127.0.0.1:8094
对于 GET，至少应包含如下功能：
- 获取某项课程信息
/api/search/course?id=[course id] - 获取所有课程信息
/api/search/course?all - 获取某个学生的所选课程
/api/search/student?id=[student id]
除了特定的
api之外，Web 服务器仍需要支持静态文件访问等基本功能（如支持显示 html 页面，非法 path 返回 404 页面等），在此略去介绍，具体信息可参考 Lab 2。
我们对
api的设计进行了非常多的简化，现实中将会远比它们复杂，你可以使用要求以外的 path 扩展你的系统，如：你可以自行设计报错信息。
该 api 主要用于查询课程信息，相关的参数使用 query string 携带。
当需要查询某个课程时，通过 course id 代表课程；
课程编号仅由
[a-zA-Z0-9]组成，不含有特殊字符。
查询后给出的数据至少需要包含课程的 编号，名称，容量和已选人数，这些数据包裹在 JSON 格式对象中，形式如下：
| query string | status code | response content type | response body |
|---|---|---|---|
| id=[course id] | 200 | application/json | {"status":"ok","data":{"id":course id,"name": course name,"capacity":capacity,"selected":selected} |
特别的，如果需要查询全部课程，query string 中可选择携带 all。
与查询单个课程类似，但其 data 字段的值从单个课程信息变为了包含所有课程信息的数组。
| query string | status code | response content type | response body |
|---|---|---|---|
| all | 200 | application/json | {"status":"ok", "data":[{"id":course id,"name": course name,"capacity":capacity,"selected":selected}, ...] |
对于 query string 格式或数据非法，无法查询到相关信息 等错误情况，返回包含错误信息的 JSON 对象即可。
| case | status code | response content type | response body |
|---|---|---|---|
| invalid or can't get result | 403 | application/json | {"status":"error", "message":error message} |
该 api 主要用于查询学生所选课程信息，相关的参数使用 query string 携带。
当需要查询某个学生相关信息时，通过 student id 代表课程；
学生学号编号仅由
[0-9]组成，不含有特殊字符。
查询后给出的数据至少需要包含学生的 学号，姓名，所选的课程编号，这些数据包裹在 JSON 格式对象中，形式如下：
| query string | status code | response content type | response body |
|---|---|---|---|
| id=[student id] | 200 | application/json | {"status":"ok","data":{"id":student id,"name": student name,"courses":[{"id"=course id a, "name": course name a},...} |
如果学生未选课程，
data.course = []即可。
对于 query string 格式或数据非法，无法查询到相关信息 等错误情况，返回包含错误信息的 JSON 对象即可。
| case | status code | response content type | response body |
|---|---|---|---|
| invalid or can't get result | 403 | application/json | {"status":"error", "message":error message} |
对于 POST，至少应包含如下功能：
- 学生进行选课
/api/choose - 学生进行退课
/api/drop
该 api 主要用于进行选课操作，相关的参数使用 http request body 携带。
当需要进行选课操作时，payload 应至少包含 学生学号，课程编号；
操作后给出的数据至少需要包含操作的结果，这些数据包裹在 JSON 格式对象中，形式如下：
| response content type | payload | status code | response content type | response body |
|---|---|---|---|---|
| application/json | {"student_id":student id,"course_id":course id} |
200 | application/json | {"status":"ok"} |
对于 payload 格式或数据非法，无法查询到相关信息，课程已满 等错误情况，返回包含错误信息的 JSON 对象即可。
| case | status code | response content type | response body |
|---|---|---|---|
| invalid or can't get result | 403 | application/json | {"status":"error", "message":error message} |
该 api 主要用于进行退课操作，相关的参数使用 http request body 携带。
当需要进行选课操作时，payload 应至少包含 学生学号，课程编号；
操作后给出的数据至少需要包含操作的结果，这些数据包裹在 JSON 格式对象中，形式如下：
| response content type | payload | status code | response content type | response body |
|---|---|---|---|---|
| application/json | {"student_id":student id,"course_id":course id} |
200 | application/json | {"status":"ok"} |
对于 payload 格式或数据非法，无法查询到相关信息，课程已满 等错误情况，返回包含错误信息的 JSON 对象即可。
| case | status code | response content type | response body |
|---|---|---|---|
| invalid or can't get result | 403 | application/json | {"status":"error", "message":error message} |
由于我们系统使用了默认数据，所以你的存储器应该在启动时，对这些数据进行读取。
默认数据可以在
data/文件夹中找到。
为此，我们要求你的配置文件内新增两行配置指令，用于读取 course 与 student 的信息。
例如：
对 2pc 版本，
course ./data/courses.txt
student ./data/students.txt
mode participant
participant_info 127.0.0.1:8002
coordinator_info 127.0.0.1:8001
对 raft 版本，
course ./data/courses.txt
student ./data/students.txt
mode participant
participant_info 127.0.0.1:8002
coordinator_info 127.0.0.1:8001
其余说明请参考 Lab 3。
数据库的基础格式是关系型数据库，你也可以根据需要增添修改数据的类型，也可以选择设计新类型的数据库，但必须保证通过数据库可以正常完成需要的功能。
默认数据可以在
data/文件夹中找到。
| id(key) | name | capacity | selected |
|---|---|---|---|
| string | string | int | int |
| "CS06142" | "云计算技术" | 120 | 120 |
| id(key) | name |
|---|---|
| string | string |
| "211926010111" | "张三" |
| Course id(key-1) | Student id(key-2) |
|---|---|
| string | string |
| "CS06142" | "211926010111" |
正常情况下，用户访问数据仅通过前端的 HTTP Web 服务器，而数据查询由 Web 服务器与数据库集群进行交互。
以下给出的数据库命令仅供参考，你可以选择自己实现一个满足相同基本功能的命令集。
发送 GET Course [course id]\n, e.g., GET Course CS06142\n；
返回 [course id] [course name] [course capacity] [selected number]\n, e.g., CS06142 云计算技术 120 120\n
特别的，可以一次查询所有的课程最大容量信息:
发送 GET Course all\n, e.g., GET Course all\n；
返回 多行 [course id] [course name] [course capacity] [selected number]\n, e.g., CS04008 计算机网络 90 80\nCS06142 云计算技术 120 120\n。
发送 GET Student Courses [student id]\n, e.g., GET Student Courses 211926010111\n；
返回 多行 [course id] [course name]\n, e.g., CS04008 计算机网络\nCS06142 云计算技术\n。
发送 ADD Student Course [student id] [course id]\n, e.g., ADD Student Course 211926010111 CS06142\n；
如果成功，返回 +OK; 如果失败，返回 -ERROR。
发送 DEL Student Course [student id] [course id]\n, e.g., DEL Student Course 211926010111 CS06142\n；
如果成功，返回 +OK; 如果失败，返回 -ERROR。
为了更好地统一测试，我们需要你的负载均衡器采用标准的配置文件启动，如：
load-balancer --ip 127.0.0.1 --port 8080 --config_path load-balancer.conf
对于 load-balancer.conf，需要包含将接受负载均衡的 Web 服务器信息，如：
127.0.0.1:8080
127.0.0.1:8081
默认情况下，我们将在 Linux Ubuntu 18.04 x64 服务器进行测试。
我们预期的测试项目有：
- 正确性测试，检查你的系统能否在低并发下和简单异常（如某数据库网络故障）下正常完成功能；
- 高性能压力测试，检查你的系统能否在频繁动态发生异常的情况下正常完成功能，并检测其对于客户端提供服务的能力。
为了标准化测试，你的系统在运行上，需要满足一下条件：
-
注意文件结构，不同模块源代码处于不同文件夹中（我们会检查你的源代码）
-
项目的根目录下可以使用
make命令直接编译所有模块 -
可执行文件分为 Web 服务器 和 存储器集群两个部分，其中
- Web 服务器可执行文件为
web-server，支持--ip,--port,--config_path等命令行参数 - 存储器 可执行文件为
store-server，支持--config_path等命令行参数，并使用配置文件coordinator.conf或participant.conf进行配置 - 测试中，每个集群的存储服务器数量为 4。
- 如果你实现了
Load Balancer，其可执行文件请命名为load-balancer，支持--ip --port --config_path等命令行参数
- Web 服务器可执行文件为
可执行文件与配置文件的要求可以参考 Lab2, Lab 3。
- 每次运行系统，都将先启动多个存储器集群中的每个存储服务器，随后启动多个 Web 服务器，最后再启动 Load Balancer（如果需要），请保证每个可执行文件都能正常运行。
类似之前的实验，我们提供了测试程序，请仔细阅读 Lab 4 实验文档和测试程序文档后使用。
将你的代码提交到 /Lab4/ 文件夹，并编写 Makefile 确保可以直接使用 make 命令编译所有需要的可执行文件。
考虑到 Lab 4 实现完整系统较为复杂，验收可能会存在额外问题，请在提交代码的同时，编写一份 intro.md ，并添加一些说明，如：如何编译，如何运行你的程序；是否运用了其他依赖库，如何安装依赖；如何管理数据库，实现数据分块等。
完成所有 Basic 版本的要求，你将获得 8 分；
完成所有 Advanced 版本的要求，你将获得 10 分。
如果你有部分功能没有实现，将根据你的完成情况进行细化打分。
此分数不包含 Lab 3，Lab 3 的分数会根据 Lab 4 完成情况另外获得。