筛网式Web服务器集群研究与设计

论文摘要

Web正从一种内容分发机制转变成为一种服务平台,大量的服务和应用都围绕着Web进行。Web的飞速发展给网络传输和服务器处理带来了巨大的挑战。相对于网络传输质量的发展,Web系统在服务器端的负载瓶颈尤为突出。国内外学术界及业界分别在Web服务器应用软件、操作系统、中间件和服务器集群等几个方面展开研究。其中集群技术已经成为目前解决服务器超载和提供高性能服务器的一种有效手段。基于OSI参考模型中第3、4层的研究已经比较成熟。目前基于第7层内容交换的Web负载均衡是研究的热点与难点。论文通过查阅相关文献,整理了采用集群技术构建Web站点的一些基础理论知识,对负载均衡集群技术和内容交换技术作了深入分析研究。然后对第7层Web集群解决方案进行了分析比较,找出了传统解决方案的一些不足之处:后台透明性不足、系统可扩展性差以及处理效率不高等问题。并详细分析了各种请求路由机制的工作机理及所采用的技术方案的优缺点,重点完成了TCP粘合过程中连接的处理流程问题。在对以往研究的分析比较之后给出了一种新型Web集群系统一筛网式Web服务器集群体系结构。论文描述了该集群系统的数据流处理过程,并且对重要的四个核心模块进行了详细的设计说明,给出了各个模块的核心处理算法。论文筛网式Web服务器集群体系结构采用分级、分粒度的请求负载分配机制,处于请求分配器前端的接纳控制模块和连接管理模块充分发挥了低层负载均衡技术处理效率高的优势,同时为Web请求提供了区分优先级的控制;TCP粘合模块在客户与真实服务器之间建立两个起“桥接作用”的连接;处于真实Web Server前端的内容检测引擎和请求调度模块解析高层应用协议HTTP协议,根据用户实际请求的内容进行Server的选取和请求转发,从而提供了Content-aware请求分配的诸多优势。借助Linux下Netfilter框架对网络数据包强大的处理能力,论文对筛网式Web服务器集群体系结构的核心功能部件进行了实现。实验结果表明该体系结构在高并发请求负载的情况下,Web请求响应时间明显小于传统的单服务器和基于连接的第4层交换Web服务器集群。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.3 论文研究思路
• 1.4 论文主要工作及内容组织
• 2 Web负载均衡技术研究
• 2.1 Web基础
• 2.2 相关协议分析
• 2.3 关键技术研究
• 2.4 本章小结
• 3 筛网式Web服务器集群体系结构总体设计
• 3.1 设计目标
• 3.2 设计思想
• 3.3 总体设计
• 3.4 本章小结
• 4 筛网式体系结构详细设计
• 4.1 接纳控制模块
• 4.2 连接管理模块
• 4.3 TCP粘合模块
• 4.4 内容检测引擎
• 4.5 请求调度模块
• 4.6 本章小结
• 5 实验验证
• 5.1 实验环境
• 5.2 实验过程
• 5.3 实验结果
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献