LVS集群負(fù)載平衡算法的研究.pdf

1、萬維網(wǎng)的高速發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)帶寬的倍數(shù)增長要求網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器系統(tǒng)具備更高的性能，以承受每秒數(shù)百萬計(jì)的點(diǎn)擊率，及時(shí)響應(yīng)用戶的請求。通過高性能網(wǎng)絡(luò)或者局域網(wǎng)互聯(lián)的服務(wù)器集群是實(shí)現(xiàn)高性能、高可伸縮、高可用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的一種有效途徑。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器集群的關(guān)鍵是負(fù)載平衡算法，它幾乎決定了整個(gè)集群的性能，因此本文的研究主要圍繞集群的負(fù)載平衡算法展開，分析負(fù)載平衡集群系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、交換轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)和負(fù)載平衡算法。
　　 首先分析負(fù)載平衡集群的體系結(jié)構(gòu)，按前端分配器的數(shù)

2、目將其分成三種基本結(jié)構(gòu)：單前端分配器結(jié)構(gòu)、多前端分配器結(jié)構(gòu)和分布式集群結(jié)構(gòu)，并論述了每種結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)。其次分析負(fù)載平衡集群交換轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，即集群如何實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)用戶請求分組。按照實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)位于網(wǎng)絡(luò)的哪一層來分可分為三類：Layer 4/2、Layer 4/3和Layer 7。第一種轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)實(shí)質(zhì)就是直接路由，通過修改分組頭部的MAC地址來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)。第二種轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換，修改分組頭部的IP地址和端口號來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)。第三種轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)是在應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)

3、轉(zhuǎn)發(fā)，包括反向代理、TCP網(wǎng)關(guān)、TCP粘合和TCP遷移，分析它們的實(shí)現(xiàn)原理，并比較了各自的優(yōu)點(diǎn)和不足。還有一種轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)是IP隧道技術(shù)，通過封裝和解封IP數(shù)據(jù)包來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)。
　　 接著詳細(xì)分析了與內(nèi)容無關(guān)的幾種負(fù)載平衡調(diào)度算法和基于內(nèi)容的負(fù)載平衡算法，并給出了它們的通用算法模型。并重點(diǎn)討論了常用的加權(quán)輪轉(zhuǎn)法和加權(quán)最小連接法，分析了四種經(jīng)典的基于內(nèi)容的負(fù)載平衡算法。
　　 在分析已有基于內(nèi)容的負(fù)載平衡算法的基礎(chǔ)上，本文提出了

4、基于內(nèi)容分類的負(fù)載平衡算法模型，模型由請求分類、調(diào)度機(jī)制和動(dòng)態(tài)反饋三大部分組成。請求分類有利于提高緩存命中率，調(diào)度機(jī)制包括調(diào)度算法和交換轉(zhuǎn)發(fā)方法，動(dòng)態(tài)反饋改善了集群的整體性能，有效地防止單服務(wù)器過載的問題。根據(jù)模型通過組合各種因素可以得出許多不同的負(fù)載平衡算法，有利于開闊研究的思路，也有利于發(fā)現(xiàn)新算法，并提供理論基礎(chǔ)的支持。
　　 作為負(fù)載平衡集群的一種實(shí)現(xiàn)技術(shù)，LVS(Linux Virtual Server)集群是使用一臺前

5、端調(diào)度器將用戶請求均衡的分配到后端服務(wù)器上，從而達(dá)到提高系統(tǒng)資源利用率，加快響應(yīng)速度的目的，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的服務(wù)性能。本文詳細(xì)剖析了LVS集群系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、工作原理、負(fù)載平衡技術(shù)和調(diào)度算法，針對LVS調(diào)度算法的不足之處，提出了一種改進(jìn)的動(dòng)態(tài)負(fù)載平衡算法，將靜態(tài)服務(wù)器權(quán)值改變?yōu)殡S服務(wù)器負(fù)載實(shí)時(shí)變化的權(quán)值。
　　 動(dòng)態(tài)負(fù)載平衡算法使用負(fù)載監(jiān)控進(jìn)程收集各服務(wù)器的連接數(shù)和響應(yīng)時(shí)間，根據(jù)這兩個(gè)負(fù)載參數(shù)來調(diào)整服務(wù)器的權(quán)值，簡單有效地防止