设为首页 收藏本站

运维网

查看: 266|回复: 0

[经验分享] LVS的三种负载均衡技术,八大负载调度算法

[复制链接]

累计签到:1 天
连续签到:1 天
发表于 2017-9-13 09:32:53 | 显示全部楼层 |阅读模式
1、LVS项目简介
LVS是Linux Virtual Server的简写,意即Linux虚拟服务器,是一个虚拟的服务器集群系统。本项目在1998年5月由章文嵩博士成立,是中国国内最早出现的自由软件项目之一。章文嵩博士目前工作于阿里集团,主要从事集群技术、操作系统、对象存储与数据库的研究。

2、LVS功能及其原理
    针对高可伸缩、高可用网络服务的需求,我们给出了基于IP层和基于内容请求分发的负载平衡调度解决方法,并在Linux内核中实现了这些方法,将一组服务器构成一个实现可伸缩的、高可用网络服务的虚拟服务器。
    虚拟服务器的体系结构如下图所示,一组服务器通过高速的局域网或者地理分布的广域网相互连接,在它们的前端有一个负载调度器(Load Balancer)。负载调度器能无缝地将网络请求调度到真实服务器上,从而使得服务器集群的结构对客户是透明的,客户访问集群系统提供的网络服务就像访 问一台高性能、高可用的服务器一样。客户程序不受服务器集群的影响不需作任何修改。系统的伸缩性通过在服务机群中透明地加入和删除一个节点来达到,通过检 测节点或服务进程故障和正确地重置系统达到高可用性。由于我们的负载调度技术是在Linux内核中实现的,我们称之为Linux虚拟服务器(Linux Virtual Server)。

wKiom1SjjvKRXIh5AADF0kYkg48593.jpg

图:虚拟服务器的结构

在1998年5月,我成立了Linux Virtual Server的自由软件项目,进行Linux服务器集群的开发工作。同时,Linux Virtual Server项目是国内最早出现的自由软件项目之一。
Linux Virtual Server项目的目标 :使用集群技术和Linux操作系统实现一个高性能、高可用的服务器,它具有很好的可伸缩性(Scalability)、可靠性(Reliability)和可管理性(Manageability)。
目前,LVS项目已提供了一个实现可伸缩网络服务的Linux Virtual Server框架,如下图所示。在LVS框架中,提供了含有三种IP负载均衡技术的IP虚拟服务器软件IPVS、基于内容请求分发的内核Layer-7交 换机KTCPVS和集群管理软件。可以利用LVS框架实现高可伸缩的、高可用的Web、Cache、Mail和Media等网络服务;在此基础上,可以开 发支持庞大用户数的、高可伸缩的、高可用的电子商务应用。

wKioL1Sjj8Hi3812AAApx3_kgj4118.gif

图:Linux虚拟服务器框架

3、LVS的三种IP负载均衡技术
在调度器的实现技术中,IP负载均衡技术是效率最高的。在已有的IP负载均衡技术中有通过网络地址转换(Network Address Translation)将一组服务器构成一个高性能的、高可用的虚拟服务器,我们称之为VS/NAT技术(Virtual Server via Network Address Translation),大多数商品化的IP负载均衡调度器产品都是使用此方法,如Cisco的LocalDirector、F5的Big/IP和 Alteon的ACEDirector。在分析VS/NAT的缺点和网络服务的非对称性的基础上,我们提出通过IP隧道实现虚拟服务器的方法VS/TUN (Virtual Server via IP Tunneling),和通过直接路由实现虚拟服务器的方法VS/DR(Virtual Server via Direct Routing),它们可以极大地提高系统的伸缩性。所以,IPVS软件实现了这三种IP负载均衡技术,它们的大致原理如下(我们将在其他章节对其工作原 理进行详细描述),
  • Virtual Server via Network     Address Translation(VS/NAT)
        通过网络地址转换,调度器重写请求报文的目标地址,根据预设的调度算法,将请求分派给后端的真实服务器;真实服务器的响应报文通过调度器时,报文的源地址被重写,再返回给客户,完成整个负载调度过程。
  • Virtual Server via IP Tunneling(VS/TUN)
        采用NAT技术时,由于请求和响应报文都必须经过调度器地址重写,当客户请求越来越多时,调度器的处理能力将成为瓶颈。为了解决这个问题,调度器把请求报 文通过IP隧道转发至真实服务器,而真实服务器将响应直接返回给客户,所以调度器只处理请求报文。由于一般网络服务应答比请求报文大许多,采用 VS/TUN技术后,集群系统的最大吞吐量可以提高10倍。
  • Virtual Server via Direct Routing(VS/DR)
          VS/DR通过改写请求报文的MAC地址,将请求发送到真实服务器,而真实服务器将响应直接返回给客户。同VS/TUN技术一样,VS/DR技术可极大地 提高集群系统的伸缩性。这种方法没有IP隧道的开销,对集群中的真实服务器也没有必须支持IP隧道协议的要求,但是要求调度器与真实服务器都有一块网卡连 在同一物理网段上。


4、LVS的八大负载调度算法
针对不同的网络服务需求和服务器配置,IPVS调度器实现了如下八种负载调度算法:
  • 轮叫(Round Robin)
       调度器通过"轮叫"调度算法将外部请求按顺序轮流分配到集群中的真实服务器上,它均等地对待每一台服务器,而不管服务器上实际的连接数和系统负载。
  • 加权轮叫(Weighted Round     Robin)
        调度器通过"加权轮叫"调度算法根据真实服务器的不同处理能力来调度访问请求。这样可以保证处理能力强的服务器处理更多的访问流量。调度器可以自动问询真实服务器的负载情况,并动态地调整其权值。
  • 最少链接(Least     Connections)
        调度器通过"最少连接"调度算法动态地将网络请求调度到已建立的链接数最少的服务器上。如果集群系统的真实服务器具有相近的系统性能,采用"最小连接"调度算法可以较好地均衡负载。
  • 加权最少链接(Weighted Least     Connections)
        在集群系统中的服务器性能差异较大的情况下,调度器采用"加权最少链接"调度算法优化负载均衡性能,具有较高权值的服务器将承受较大比例的活动连接负载。调度器可以自动问询真实服务器的负载情况,并动态地调整其权值。
  • 基于局部性的最少链接(Locality-Based Least Connections)
             "基于局部性的最少链接" 调度算法是针对目标IP地址的负载均衡,目前主要用于Cache集群系统。该算法根据请求的目标IP地址找出该目标IP地址最近使用的服务器,若该服务器 是可用的且没有超载,将请求发送到该服务器;若服务器不存在,或者该服务器超载且有服务器处于一半的工作负载,则用"最少链接"的原则选出一个可用的服务 器,将请求发送到该服务器。
  • 带复制的基于局部性最少链接(Locality-Based Least Connections with Replication)
        "带复制的基于局部性最少链接"调度算法也是针对目标IP地址的负载均衡,目前主要用于Cache集群系统。它与LBLC算法的不同之处是它要维护从一个 目标IP地址到一组服务器的映射,而LBLC算法维护从一个目标IP地址到一台服务器的映射。该算法根据请求的目标IP地址找出该目标IP地址对应的服务 器组,按"最小连接"原则从服务器组中选出一台服务器,若服务器没有超载,将请求发送到该服务器,若服务器超载;则按"最小连接"原则从这个集群中选出一 台服务器,将该服务器加入到服务器组中,将请求发送到该服务器。同时,当该服务器组有一段时间没有被修改,将最忙的服务器从服务器组中删除,以降低复制的 程度。
  • 目标地址散列(Destination     Hashing)
        "目标地址散列"调度算法根据请求的目标IP地址,作为散列键(Hash Key)从静态分配的散列表找出对应的服务器,若该服务器是可用的且未超载,将请求发送到该服务器,否则返回空。
  • 源地址散列(Source Hashing)
        "源地址散列"调度算法根据请求的源IP地址,作为散列键(Hash Key)从静态分配的散列表找出对应的服务器,若该服务器是可用的且未超载,将请求发送到该服务器,否则返回空。


更详细的原理请参考LVS软件作者的文章:

http://www.linuxvirtualserver.org/zh/lvs1.html

http://www.linuxvirtualserver.org/zh/lvs2.html

http://www.linuxvirtualserver.org/zh/lvs3.html

http://www.linuxvirtualserver.org/zh/lvs4.html



运维网声明 1、欢迎大家加入本站运维交流群:群①:263444886群②:197202523群③:485755530群④:201730672群⑤:202807635运维网交流群⑥:281548029
2、本站所有主题由该帖子作者发表,该帖子作者与运维网享有帖子相关版权
3、其他单位或个人使用、转载或引用本文时必须注明原文的出处
4、如本帖侵犯到任何版权问题,请立即告知本站,本站将及时予与删除并致以最深的歉意
5、运维网 - 服务您的运维操作管理专家!
6、联系人Email:[email protected] 网址:www.iyunv.com

点击关注更多内容
您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册  

本版积分规则  允许回帖邮件提醒楼主

关注运维网官方微信X

关注运维网官方微信

扫描二维码关注运维网官方微信,最新一手资源尽在官方微信!快快关注我们吧...

扫描微信二维码查看详情

客服 E-mail:[email protected]

本站由安畅网络和青云提供云计算服务

运维网--中国最专业的运维工程师交流社区

京ICP备14039699号-1 Copyright © 2012-2017

使用手机软件扫描微信二维码

关注我们可获取更多热点资讯

Good good study day day up !


提醒:禁止发布任何违反国家法律、法规的言论与图片等内容;本站内容均来自个人观点与网络等信息,非本站认同之观点.


合作伙伴: 青云cloud 安畅网络

快速回复 返回顶部 返回列表