LVS簡介及其調度算法說明

LVS簡介及其調度算法說明

    虛擬服務器（LVS)的體系結構如圖所示，一組服務器經過高速的局域網或者地理分佈的廣域網相互鏈接，在它們的前端有一個負載調度器（Load Balancer）。負載調度器能無縫地將網絡請求調度到真實服務器上，從而使得服務器集羣的結構對客戶是透明的，客戶訪問集羣系統提供的網絡服務就像訪問一臺高性能、高可用的服務器同樣。客戶程序不受服務器集羣的影響不需做任何修改。系統的伸縮性經過在服務機羣中透明地加入和刪除一個節點來達到，經過檢測節點或服務進程故障和正確地重置系統達到高可用性。因爲咱們的負載調度技術是在Linux內核中實現的，咱們稱之爲Linux虛擬服務器（Linux Virtual Server

 

在調度器的實現技術中，IP負載均衡技術是效率最高的。在已有的IP負載均衡技術中有經過網絡地址轉換（Network AddressTranslation）將一組服務器構成一個高性能的、高可用的虛擬服務器，咱們稱之爲VS/NAT技術（Virtual Server via Network Address Translation），大多數商品化的IP負載均衡調度器產品都是使用此方法，如Cisco的LocalDirector、F5的Big/IP和 Alteon的ACEDirector。在分析VS/NAT的缺點和網絡服務的非對稱性的基礎上，咱們提出經過IP隧道實現虛擬服務器的方法VS/TUN （Virtual Server via IP Tunneling），和經過直接路由實現虛擬服務器的方法VS/DR（Virtual Server via Direct Routing），它們能夠極大地提升系統的伸縮性。因此，IPVS軟件實現了這三種IP負載均衡技術，它們的大體原理以下（咱們將在其餘章節對其工做原理進行詳細描述），

 

Virtual Server via Network Address Translation（VS/NAT）

經過網絡地址轉換，調度器重寫請求報文的目標地址，根據預設的調度算法，將請求分派給後端的真實服務器；真實服務器的響應報文經過調度器時，報文的源地址被重寫，再返回給客戶，完成整個負載調度過程。

Virtual Server via IP Tunneling（VS/TUN）

採用NAT技術時，因爲請求和響應報文都必須通過調度器地址重寫，當客戶請求愈來愈多時，調度器的處理能力將成爲瓶頸。爲了解決這個問題，調度器把請求報文經過IP隧道轉發至真實服務器，而真實服務器將響應直接返回給客戶，因此調度器只處理請求報文。因爲通常網絡服務應答比請求報文大許多，採用 VS/TUN技術後，集羣系統的最大吞吐量能夠提升10倍。

 

Virtual Server via Direct Routing（VS/DR）

VS/DR經過改寫請求報文的MAC地址，將請求發送到真實服務器，而真實服務器將響應直接返回給客戶。同VS/TUN技術同樣，VS/DR技術可極大地提升集羣系統的伸縮性。這種方法沒有IP隧道的開銷，對集羣中的真實服務器也沒有必須支持IP隧道協議的要求，可是要求調度器與真實服務器都有一塊網卡連在同一物理網段上。

針對不一樣的網絡服務需求和服務器配置，IPVS調度器實現了以下八種負載調度算法：

 

輪叫（Round Robin）

調度器經過"輪叫"調度算法將外部請求按順序輪流分配到集羣中的真實服務器上，它均等地對待每一臺服務器，而無論服務器上實際的鏈接數和系統負載。

 

加權輪叫（Weighted Round Robin）

調度器經過"加權輪叫"調度算法根據真實服務器的不一樣處理能力來調度訪問請求。這樣能夠保證處理能力強的服務器處理更多的訪問流量。調度器能夠自動問詢真實服務器的負載狀況，並動態地調整其權值。

 

最少連接（Least Connections）

調度器經過"最少鏈接"調度算法動態地將網絡請求調度到已創建的連接數最少的服務器上。若是集羣系統的真實服務器具備相近的系統性能，採用"最小鏈接"調度算法能夠較好地均衡負載。

 

加權最少連接（Weighted Least Connections）

在集羣系統中的服務器性能差別較大的狀況下，調度器採用"加權最少連接"調度算法優化負載均衡性能，具備較高權值的服務器將承受較大比例的活動鏈接負載。調度器能夠自動問詢真實服務器的負載狀況，並動態地調整其權值。

 

基於局部性的最少連接（Locality-Based Least Connections）

"基於局部性的最少連接" 調度算法是針對目標IP地址的負載均衡，目前主要用於Cache集羣系統。該算法根據請求的目標IP地址找出該目標IP地址最近使用的服務器，若該服務器是可用的且沒有超載，將請求發送到該服務器；若服務器不存在，或者該服務器超載且有服務器處於一半的工做負載，則用"最少連接"的原則選出一個可用的服務器，將請求發送到該服務器。

 

帶複製的基於局部性最少連接（Locality-Based Least Connections withReplication）

"帶複製的基於局部性最少連接"調度算法也是針對目標IP地址的負載均衡，目前主要用於Cache集羣系統。它與LBLC算法的不一樣之處是它要維護從一個目標IP地址到一組服務器的映射，而LBLC算法維護從一個目標IP地址到一臺服務器的映射。該算法根據請求的目標IP地址找出該目標IP地址對應的服務器組，按"最小鏈接"原則從服務器組中選出一臺服務器，若服務器沒有超載，將請求發送到該服務器，若服務器超載；則按"最小鏈接"原則從這個集羣中選出一臺服務器，將該服務器加入到服務器組中，將請求發送到該服務器。同時，當該服務器組有一段時間沒有被修改，將最忙的服務器從服務器組中刪除，以下降複製的程度。

 

目標地址散列（Destination Hashing）

"目標地址散列"調度算法根據請求的目標IP地址，做爲散列鍵（Hash Key）從靜態分配的散列表找出對應的服務器，若該服務器是可用的且未超載，將請求發送到該服務器，不然返回空。

 

源地址散列（Source Hashing）

"源地址散列"調度算法根據請求的源IP地址，做爲散列鍵（Hash Key）從靜態分配的散列表找出對應的服務器，若該服務器是可用的且未超載，將請求發送到該服務器，不然返回空。