LVS简介及其调度算法说明

LVS简介及其调度算法说明

    虚拟服务器（LVS)的体系结构如图所示，一组服务器经过高速的局域网或者地理分布的广域网相互链接，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、高可用的服务器同样。客户程序不受服务器集群的影响不需做任何修改。系统的伸缩性经过在服务机群中透明地加入和删除一个节点来达到，经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。因为咱们的负载调度技术是在Linux内核中实现的，咱们称之为Linux虚拟服务器（Linux Virtual Server

 

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负载均衡技术中有经过网络地址转换（Network AddressTranslation）将一组服务器构成一个高性能的、高可用的虚拟服务器，咱们称之为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，咱们提出经过IP隧道实现虚拟服务器的方法VS/TUN （Virtual Server via IP Tunneling），和经过直接路由实现虚拟服务器的方法VS/DR（Virtual Server via Direct Routing），它们能够极大地提升系统的伸缩性。因此，IPVS软件实现了这三种IP负载均衡技术，它们的大体原理以下（咱们将在其余章节对其工做原理进行详细描述），

 

Virtual Server via Network Address Translation（VS/NAT）

经过网络地址转换，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经过调度器时，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，因为请求和响应报文都必须通过调度器地址重写，当客户请求愈来愈多时，调度器的处理能力将成为瓶颈。为了解决这个问题，调度器把请求报文经过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，因此调度器只处理请求报文。因为通常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能够提升10倍。

 

Virtual Server via Direct Routing（VS/DR）

VS/DR经过改写请求报文的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技术同样，VS/DR技术可极大地提升集群系统的伸缩性。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，可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。

针对不一样的网络服务需求和服务器配置，IPVS调度器实现了以下八种负载调度算法：

 

轮叫（Round Robin）

调度器经过"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，而无论服务器上实际的链接数和系统负载。

 

加权轮叫（Weighted Round Robin）

调度器经过"加权轮叫"调度算法根据真实服务器的不一样处理能力来调度访问请求。这样能够保证处理能力强的服务器处理更多的访问流量。调度器能够自动问询真实服务器的负载状况，并动态地调整其权值。

 

最少连接（Least Connections）

调度器经过"最少链接"调度算法动态地将网络请求调度到已创建的连接数最少的服务器上。若是集群系统的真实服务器具备相近的系统性能，采用"最小链接"调度算法能够较好地均衡负载。

 

加权最少连接（Weighted Least Connections）

在集群系统中的服务器性能差别较大的状况下，调度器采用"加权最少连接"调度算法优化负载均衡性能，具备较高权值的服务器将承受较大比例的活动链接负载。调度器能够自动问询真实服务器的负载状况，并动态地调整其权值。

 

基于局部性的最少连接（Locality-Based Least Connections）

"基于局部性的最少连接" 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做负载，则用"最少连接"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连接（Locality-Based Least Connections withReplication）

"带复制的基于局部性最少连接"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算法的不一样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"最小链接"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"最小链接"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，以下降复制的程度。

 

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，做为散列键（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，不然返回空。

 

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，做为散列键（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，不然返回空。