基于面向內(nèi)容交換的Linux集群系統(tǒng)負(fù)載均衡策略研究.pdf

1、當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)已進(jìn)入了以網(wǎng)絡(luò)為中心的時(shí)代，互連網(wǎng)的用戶數(shù)、應(yīng)用類型、網(wǎng)絡(luò)流量都以幾何級(jí)數(shù)在增長(zhǎng)，并且不同的應(yīng)用有不同的流量和計(jì)算需求。靠提升單臺(tái)服務(wù)器計(jì)算能力的方法已越來越不能滿足人類的需要，主要體現(xiàn)在升級(jí)過程煩瑣、代價(jià)昂貴、導(dǎo)致服務(wù)中斷等方面。LVS（Linux Virtual Server）集群技術(shù)能有效解決網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的可伸縮性、高可用性、可維護(hù)性和價(jià)格有效性等需求。LVS實(shí)現(xiàn)可伸縮網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的基本原理是通過一對(duì)多的映射機(jī)制，將服務(wù)請(qǐng)求

2、分發(fā)到多個(gè)結(jié)點(diǎn)中進(jìn)行處理，這種映射可以在多個(gè)層中實(shí)現(xiàn)。在LVS的框架下，實(shí)現(xiàn)了第四層的交換技術(shù)——IPVS（IP Virtual Server）和第七層的交換技術(shù)KTCPVS（Kernel TCP Virtual Server），第七層交換也稱為面向內(nèi)容的交換技術(shù)，能根據(jù)用戶請(qǐng)求內(nèi)容的不同而將它們發(fā)送到各自的服務(wù)器。
　　在常見的Web應(yīng)用中，任務(wù)都有優(yōu)先等級(jí)劃分。在基于第四層的交換無法進(jìn)行任務(wù)區(qū)分，這就要求后端的服務(wù)器提供相同的

3、服務(wù)，不管請(qǐng)求被送到哪一臺(tái)服務(wù)器，返回結(jié)果都應(yīng)該一樣。而第七層交換技術(shù)基于內(nèi)容進(jìn)行負(fù)載均衡，它提供了一種對(duì)訪問流量的高層控制方式，通過檢查應(yīng)用層數(shù)據(jù)報(bào)，根據(jù)報(bào)內(nèi)的信息來執(zhí)行負(fù)載均衡決策。它還可以充分利用訪問的局部性，將相同類型的請(qǐng)求發(fā)送到同一臺(tái)服務(wù)器，使得每個(gè)后端服務(wù)器收到的請(qǐng)求相似性好，有利于進(jìn)一步提高單臺(tái)服務(wù)器的主存 Cache效率，從而在有限的硬件配置下提高系統(tǒng)的整體性能。因而它在WEB集群負(fù)載領(lǐng)域具有較高的商業(yè)價(jià)值。
　　

4、本文以Linux虛擬服務(wù)器KTCPVS為研究對(duì)象，對(duì)面向內(nèi)容交換策略進(jìn)行研究，主要包括面向內(nèi)容交換的基本原理、實(shí)現(xiàn)機(jī)制，并提出了按優(yōu)先級(jí)區(qū)分任務(wù)進(jìn)行調(diào)度的思想，給出了在集群系統(tǒng)負(fù)載較大時(shí)按照任務(wù)價(jià)值率最大化進(jìn)行調(diào)度的算法。本文的研究工作包括以下幾個(gè)方面：
　　①對(duì)負(fù)載均衡技術(shù)的發(fā)展和研究現(xiàn)狀、相關(guān)問題和實(shí)現(xiàn)原理進(jìn)行了介紹，并以Linux虛擬服務(wù)器 LVS為例，對(duì)集群關(guān)鍵技術(shù)——負(fù)載均衡的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了重點(diǎn)論述。著重介紹了LVS第七層交

5、換機(jī)KTCPVS的體系結(jié)構(gòu)和基于內(nèi)容的調(diào)度算法。
　?、趯?duì)面向內(nèi)容交換的基本原理進(jìn)行了闡述，分析了面向內(nèi)容交換的優(yōu)點(diǎn)，并對(duì)應(yīng)用層代理、TCP網(wǎng)關(guān)（TCP Gateway）、TCP粘合（TCP Splicing）、TCP遷移（TCP Handoff）等面向內(nèi)容交換技術(shù)的實(shí)現(xiàn)做了分析、比較和總結(jié)。
　　③提出了在Linux內(nèi)核實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)負(fù)載的調(diào)整機(jī)制和集群過載時(shí)按照任務(wù)價(jià)值率進(jìn)行調(diào)度的策略。通過量化調(diào)度器對(duì)真實(shí)服務(wù)器的實(shí)時(shí)反饋負(fù)載