基于TCP重发与加权响应时间算法的负载均衡器的研究与实现

论文摘要

NAS网络存储作为一种解决海量存储的方案,已经被广泛使用。随着数据量的持续增长,单一的NAS服务器已经不能满足客户的需求。因此,集群服务器和与之相对应的负载均衡算法成为了最近几年研究的热门课题。本文就目前均衡器存在的问题进行了分析,依据传统架构所建立的均衡器在数据量大时,均衡器本身就会成为新的网络瓶颈,且传统均衡调度算法没有考虑服务器间性能的差异以及作业大小与运算量之间的差异,负载不均衡情况比较明显。为避免均衡器的新瓶颈,提高网络吞吐率,本文通过扩展TCP报文,在TCP报文中加入选项信息,用于保存客户机与服务器真实的IP地址与端口号,把负载均衡器从网络中分离出来,不再接收并转发客户机与服务器的数据,实现了客户机与服务器之间的直接通信,从而提高了网络吞吐率。本文设计了加权响应时间调度算法,把服务器最近处理完的k个作业的响应时间作为参数,动态预测新作业的响应时间,并通过引入补偿因子ε,进一步提高了预测时间的精确率。依据上述架构与算法原理,设计了一个基于ARM9的负载均衡器,并对该均衡器的最大负载量、均衡器吞吐率、集群服务器吞吐率、作业平均响应时间等性能进行了测试,结果表明,该负载均衡器不仅显著减少了作业的平均响应时间,提高了吞吐率,而且具有成本低、扩展性好、负载能力强等优点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 传统的均衡方案
• 1.2.2 传统的均衡调度算法
• 1.3 本文工作内容与结构
• 1.3.1 本文工作内容
• 1.3.2 论文结构
• 第2章 基于TCP重发的改进均衡架构及后台调度算法
• 2.1 基于TCP重发的改进均衡架构
• 2.1.1 传统的均衡器架构
• 2.1.2 基于TCP重发的均衡器架构
• 2.2 基于TCP重发的负载均衡架构实现
• 2.2.1 改进的TCP报文格式
• 2.2.2 改进的TCP状态变迁管理
• 2.2.3 心跳机制
• 2.3 加权响应时间算法
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于ARM9的负载均衡器软硬件设计
• 3.1 均衡器的硬件设计
• 3.1.1 网络功能模块
• 3.1.2 内存模块
• 3.1.3 存储功能模块
• 3.2 负载均衡器软件设计
• 3.2.1 Linux平台简介
• 3.2.2 软件架构
• 3.2.3 Linux下修改TCP报文格式
• 3.2.4 Linux下修改Socket套接字
• 3.3 本章小结
• 第4章 实验与结果分析
• 4.1 测试环境
• 4.2 测试软件
• 4.3 实验测试
• 4.3.1 基于TCP重发架构的均衡器性能测试
• 4.3.2 加权响应时间算法测试
• 4.3.3 均衡器整体性能测试
• 4.4 本章总结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 本文所做的工作
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果