三種LVS負(fù)載均衡模式及性能研究.pdf

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1、堍信息技術(shù)三種LVS負(fù)載均衡模式及性能研究蘇命峰0(1．湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院2．湖南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院)摘要：LVS集群可適應(yīng)不斷增長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)需求，其原理是將多臺(tái)計(jì)算機(jī)集合在一起，統(tǒng)一對(duì)外提供響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)集群系統(tǒng)的高可靠性、擴(kuò)展性、可用性等。通過(guò)研究LVS體系結(jié)構(gòu)，比較分析三種不同的LVS負(fù)載均衡模式，并就其系統(tǒng)性能進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：VS／DR模式的系統(tǒng)性能最優(yōu)。關(guān)鍵詞：LVS；負(fù)載均衡；集群；性能根據(jù)工作模式、調(diào)度策略和內(nèi)容分發(fā)到集群內(nèi)部各臺(tái)1前言真實(shí)服務(wù)器上；服務(wù)器則通過(guò)負(fù)載均衡器響應(yīng)請(qǐng)求或隨著Intemet飛速發(fā)展，Web、Mail

2、、Media等網(wǎng)將結(jié)果直接返回給客戶(hù)。服務(wù)器集群的結(jié)構(gòu)對(duì)客戶(hù)是絡(luò)應(yīng)用己成為生活中的重要組成部分。Web等網(wǎng)絡(luò)服透明的，客戶(hù)訪問(wèn)集群系統(tǒng)提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)就像訪問(wèn)務(wù)器面對(duì)越來(lái)越多的用戶(hù)訪問(wèn)請(qǐng)求，僅靠單個(gè)服務(wù)器一臺(tái)高性能、高可用的服務(wù)器(地址為虛擬IP地址)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足需求。為了滿(mǎn)足不斷增長(zhǎng)的服務(wù)器性一樣。負(fù)載均衡器可以采用IP負(fù)載均衡技術(shù)、基于能需求，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高可靠性，常采用DNS、反向代內(nèi)容請(qǐng)求分發(fā)技術(shù)或兩者相結(jié)合的技術(shù)。由于負(fù)載均理服務(wù)器、NAT地址轉(zhuǎn)換和集群等負(fù)載均衡技術(shù)。衡器運(yùn)行在Linux操作系統(tǒng)的內(nèi)核中，無(wú)需在用戶(hù)態(tài)其中，章文嵩提出基于L

3、inux集群的可伸縮網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和內(nèi)核態(tài)之間切換，故調(diào)度開(kāi)銷(xiāo)小，占用資源少，效體系結(jié)構(gòu)(LinuxVirutalServer，LVS[】)能提供負(fù)載率較高。均衡、可伸縮性和高可用性等性能，是目前廣泛應(yīng)用且成熟的集群技術(shù)。本文分析網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換、隧道和直接路由等三種實(shí)現(xiàn)LVS的方式，針對(duì)三種LVS模式分別設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)Web服務(wù)器集群，并采用wAS測(cè)試軟件仿真大量網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)，進(jìn)行并發(fā)訪問(wèn)測(cè)試，最終得出三種LVS負(fù)載均衡模式的系統(tǒng)性能分析結(jié)果。2LVS體系結(jié)構(gòu)圖1LVS體系結(jié)構(gòu)LVS集群系統(tǒng)在兩個(gè)層次上實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，分別是基于層的IPVS和基于應(yīng)用層的KTCPV

4、S內(nèi)容為避免負(fù)載均衡器單點(diǎn)故障導(dǎo)致整個(gè)LVS集群請(qǐng)求分發(fā)方式。它們均在Linux內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)，可將一系統(tǒng)不可用，可設(shè)置Master、Slaver兩臺(tái)負(fù)載均衡器，組服務(wù)器構(gòu)成一個(gè)可伸縮的、高可用的網(wǎng)絡(luò)虛擬服務(wù)它們分別處于活躍、備用工作狀態(tài)，兩者之間通過(guò)器，對(duì)外提供一個(gè)虛擬II)地址，響應(yīng)用戶(hù)訪問(wèn)請(qǐng)求。Heartbeat[2]機(jī)制實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)對(duì)方的健康狀態(tài)。如果負(fù)載LVS體系結(jié)構(gòu)由三部分組成，如圖1所示。均衡器Master宕機(jī)，則Slaver立即由備用跳轉(zhuǎn)為活躍2．1負(fù)載均衡器(Loadbalancer)狀態(tài)，以確保系統(tǒng)的高可用性。負(fù)載均衡器是整個(gè)集群系統(tǒng)對(duì)

5、外提供服務(wù)的前2．2服務(wù)器池(Serverpoo1)端，它將用戶(hù)訪問(wèn)請(qǐng)求(目的地址為虛擬IP地址)，服務(wù)器池由真正響應(yīng)客戶(hù)請(qǐng)求的真實(shí)服務(wù)器(簡(jiǎn)}基金項(xiàng)目：湖南省高等學(xué)?？茖W(xué)研究項(xiàng)I~I(09C1206)2011年第6期自動(dòng)化與信息工程17稱(chēng)節(jié)點(diǎn))組成，這些節(jié)點(diǎn)可提供Web、Mail、Media包1”，根據(jù)預(yù)設(shè)的調(diào)度算法，改寫(xiě)為某臺(tái)真實(shí)服務(wù)或DNS等網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。根據(jù)訪問(wèn)需求的變化，服務(wù)器器的目的地址和目的端口號(hào)，如“請(qǐng)求數(shù)據(jù)包2”，池可靈活增加或減少節(jié)點(diǎn)數(shù)目，集群系統(tǒng)的整體訪問(wèn)轉(zhuǎn)發(fā)給真實(shí)服務(wù)器；同時(shí)在負(fù)載均衡器的Hash表中性能隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加呈線(xiàn)性

6、增長(zhǎng)。LVS通過(guò)負(fù)載記錄這兩個(gè)II)地址和端口的映射關(guān)系。真實(shí)服務(wù)器均衡器實(shí)時(shí)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)，將有故障的節(jié)點(diǎn)及時(shí)從服務(wù)器負(fù)責(zé)處理、應(yīng)答請(qǐng)求。負(fù)載均衡器將真實(shí)服務(wù)器響應(yīng)池中移除，確保系統(tǒng)的高可用性。的“應(yīng)答數(shù)據(jù)包1”，根據(jù)Hash表中的記錄，將報(bào)2．3共享存儲(chǔ)(Sharedstorage)文的源地址和源端口號(hào)改為的虛擬II，地址和對(duì)應(yīng)共享存儲(chǔ)為服務(wù)器池提供統(tǒng)一的存儲(chǔ)空間，使服端口，如“應(yīng)答數(shù)據(jù)包2”，再返回給客戶(hù)，完成整務(wù)器池的節(jié)點(diǎn)擁有相同的內(nèi)容，提供相同的服務(wù)，對(duì)個(gè)負(fù)載調(diào)度過(guò)程。當(dāng)這個(gè)連接的下一個(gè)報(bào)文到達(dá)時(shí)，于同步更新更方便，系統(tǒng)數(shù)據(jù)維護(hù)更簡(jiǎn)單。一般共享

7、負(fù)載均衡器根據(jù)Hash表中記錄，將請(qǐng)求和應(yīng)答報(bào)文存儲(chǔ)為數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)或是分布式文件系統(tǒng)。進(jìn)行同樣的改寫(xiě)，轉(zhuǎn)發(fā)給相同的真實(shí)服務(wù)器和用戶(hù)。對(duì)于大規(guī)模的集群系統(tǒng)，可使用分布式文件系統(tǒng)存用NAT技術(shù)時(shí)，請(qǐng)求和響應(yīng)報(bào)文都必須經(jīng)過(guò)負(fù)儲(chǔ)，如AFSf、GFSN、Lustre[和TFS[等，有良好載均衡器進(jìn)行目的(和源)IP地址和端口的重寫(xiě)，當(dāng)?shù)纳炜s性和可用性。用戶(hù)請(qǐng)求越來(lái)越多，真實(shí)服務(wù)器數(shù)量增加到一定程度3LVS的3種實(shí)現(xiàn)模式時(shí)，負(fù)載均衡器的處理能力將成為瓶頸。3．2MS／TUN模式在負(fù)載均衡調(diào)度實(shí)現(xiàn)的技術(shù)中，負(fù)載均衡技術(shù)為了解決VS／NAT模式的負(fù)載均衡器

8、瓶頸問(wèn)題，的應(yīng)用比較廣泛并且效率很高?；贚VS的核心軟針對(duì)大多數(shù)Intemet服務(wù)的請(qǐng)求報(bào)文時(shí)間較短而響應(yīng)件IPVS有三