基于LVS负载均衡设计与实现

论文摘要

计算机集群技术,被认为是应对网络爆炸性增长最有效的策略之一。在异构集群内部调度器根据各个节点处理能力的不同来分配用户的请求,使得集群内部各个节点分别处理的请求数目处于相对均衡的状态。然而当大量用户请求访问集群时,每一次处理请求所需要的时间和所消耗的资源差异性很大,造成有些节点负载变大、处理请求的时间变长,这样就形成了负载倾斜。Linux虚拟服务器(Linux Virtual Server,LVS)是构建集群的企业级解决方案之一,然而它的调度算法都是静态的,不能实时的反映出节点的运行状况,这样使得整个集群在高负荷运行下产生的负载倾斜现象尤其明显。本文针对LVS在负载均衡方面的不足,提出了自己工程上的解决方案:临界回馈,即在各个节点部署权值(处理能力)动态回馈模块,调度器根据节点所反馈的权值,修改内核参数,依据负反馈原理更改后续分配给节点的请求数,这样将使整个集群的负载逐渐趋于稳定均衡状态。经试验证明,经过改进后的集群系统吞吐率有较为明显提高,尤其是请求所需要的最长等待时间有了较为显著的下降。本论文的主要工作包括:1.介绍工程背景:服务器集群技术和负载均衡技术、负反馈理论、Linux虚拟服务器(LVS)的体系结构和LVS负载均衡的三种方案。2.分析负载倾斜产生的原因:重点分析了LVS的核心IP Virtual Service(IPVS)的实现,介绍了现有的十种调度算法,着重分析了加权最小连接调度算法(WLC)找到了问题根源所在。3.解决负载倾斜问题:针对了负载均衡算法的缺陷,引入了负反馈理论,提出了临界回馈作为解决方案。4.评价结果:在实验室内构建了一个小型的LVS异构集群,并用Apache的ab工具进行了压力测试。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 发展现状及相关研究
• 1.3 研究意义
• 1.4 论文工作与章节安排
• 第二章 集群系统和负反馈理论
• 2.1 集群系统简介
• 2.2 集群系统分类
• 2.3 集群系统特点
• 2.4 负载均衡简介
• 2.5 负载均衡分类
• 2.6 负载均衡意义
• 2.7 集群负载定义
• 2.8 负反馈理论
• 2.9 本章小结
• 第三章 LVS 集群负载均衡研究
• 3.1 LVS 简介
• 3.2 LVS 模型
• 3.3 LVS 负载均衡的三种模式
• 3.4 LVS 集群的应用
• 3.5 本章小结
• 第四章 临界回馈方案分析与研究
• 4.1 IPVS 分析研究
• 4.2 加权最小连接（WLC）算法的分析
• 4.3 临界回馈方案
• 4.4 本章小结
• 第五章 方案性能测试与分析
• 5.1 实验环境搭建
• 5.2 系统测试
• 5.3 结果分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献