基于LVS集群负载均衡算法的研究与改进

论文摘要

随着互联网的发展,网络服务器面对众多用户请求的压力也变得越来越大。面对这样的情况,只靠提高单个服务器的硬件性能已远远不能满足需求,而且这些方法的代价十分昂贵,也只能有限地提高系统的性能。集群技术就可以很好应对这种情况,它可以通过将局域网内部的若干台机器连接起来成为一个统一的计算资源为外部的用户提供服务。适当规模的集群可以具有很强的计算能力,但是比起超级计算机来说价格却低廉的多。此外,集群还具有良好的扩展性和较高的可靠性。集群技术中负载均衡算法的优劣对整体系统的性能有很大的影响。负载均衡算法负责把大量的用户请求的分摊到集群中的每一台服务器上,从而使每台服务器都处于相对均衡的服务状态,可以缩短服务响应时间,提高系统的整体性能。本文采用Linux虚拟服务器（Linux virtual server）软件搭建一个提供web应用服务的平台。通过研究LVS开源软件,分析其现有的几种负载均衡算法,提出改进其性能的方法。针对以上问题本文的主要研究内容如下:首先,概述集群服务器技术的发展现状和负载均衡技术的现状。其次,详细介绍LVS集群的体系结构,IP数据转发的三种方式,分析LVS核心软件IPVS的结构、工作机制和各个模块的实现流程。再者,分析IPVS现有的几种负载均衡调度算法,针对其静态调度策略的不足,采用动态性能反馈的机制,实现动态的修正真实服务器权值的负载均衡调度算法。最后,通过搭建真实LVS集群的平台,采用LVS-DR数据转发的方式实现改进后的负载均衡算法的测试。利用微软的WAS测试软件模拟大量用户访问,结果证明动态的负载均衡算法可以更有效提高LVS集群的整体性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文的研究背景
• 1.2 集群的发展现状及研究意义
• 1.2.1 集群的国内外发展现状
• 1.2.2 研究意义
• 1.3 论文的主要工作和组织安排
• 1.3.1 论文的主要工作
• 1.3.2 论文的组织安排
• 第二章 集群系统与负载均衡技术
• 2.1 集群系统简介
• 2.2 集群系统的分类
• 2.2.1 高性能计算集群
• 2.2.2 高可用性集群
• 2.2.3 负载均衡集群
• 2.3 负载均衡技术
• 2.3.1 负载均衡技术的分类
• 2.3.2 负载均衡算法的分类
• 2.3.3 服务器负载能力的评价
• 2.4 本章小结
• 第三章 LINUX 虚拟服务器
• 3.1 LINUX 虚拟服务器简介
• 3.2 LINUX 虚拟服务器架构
• 3.2.1 负载均衡器
• 3.2.2 服务器池
• 3.2.3 共享存储
• 3.3 LVS 的三种IP 负载均衡技术
• 3.3.1 网络地址转换（VS/NAT）
• 3.3.2 IP 隧道（VS/TUN）
• 3.3.3 直接路由方式（VS/DR）
• 3.3.4 三种IP 负载均衡方式的比较
• 3.4 LVS 核心IPVS 的体系结构
• 3.5 LVS 现有的几种负载均衡调度算法
• 3.5.1 轮询算法
• 3.5.2 加权轮询算法
• 3.5.3 最少连接算法
• 3.5.4 加权最少连接算法
• 3.5.5 基于局部性的最少连接算法
• 3.5.6 带复制的基于局部性最少连接算法
• 3.5.7 目的地址散列算法
• 3.5.8 源地址散列算法
• 3.6 本章小结
• 第四章 一种改进的LVS 动态负载均衡算法
• 4.1 LVS 与其他负载均衡软件相比较的优缺点
• 4.2 LVS 现有的负载均衡算法的不足
• 4.3 动态反馈负载均衡算法的设计模型
• 4.3.1 反映服务器负载状态权值的重要指标
• 4.3.2 负载状态权值的计算
• 4.4 动态反馈负载均衡算法的实现
• 4.4.1 真实服务器端Agent 程序的实现
• 4.4.2 负载均衡器端Monitor 的实现
• 4.5 本章小结
• 第五章 测试结果与分析
• 5.1 LVS 测试环境搭建
• 5.1.1 负载均衡器端的配置
• 5.1.2 真实服务器端的配置
• 5.2 测试工具WAS
• 5.3 测试结果
• 5.4 分析测试结果
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献