Web集群负载均衡算法的研究与改进

发布时间：2020-05-10 10:47

【摘要】：随着互联网的快速发展,互联网应用已经成为人们工作和生活不可缺少的一部分,随之而来的问题就是网络服务器面临的压力倍增。通常缓解数据压力的办法是提高服务器的硬件性能。然而,这种办法已经无法满足快速增长的需求,目前,业界更多的方案是采用服务器集群技术,它的工作原理是通过局域网或者广域网将若干台单独的服务器互联起来,构成一个集群为外部客户提供网络服务。这种集群方案不仅有很强的计算能力,而且成本低,有良好的扩展性与可靠性。本论文通过研究Linux虚拟服务器集群中常见的几种负载均衡算法,发现了其中常用的加权最小连接算法的一些不足,提出了一种更加优化的算法,并在该优化算法的基础上,引入负载冗余值这一概念,通过负载冗余值来预防服务器节点可能出现过载的情况,从而进一步提高服务器集群的性能。本文的主要内容包括以下四个方面:(1)介绍了Web服务器集群概念和负载均衡技术,并对LVS集群的三种IP负载均衡技术与八大常用算法进行了研究与总结。(2)详细分析LVS集群中加权最小连接算法(WLC)的优缺点,并针对算法在权值分配上的不足,提出一种新的动态权值优化算法,通过动态改变服务器权值使得负载分配得更加均衡合理。(3)基于动态权值优化算法,提出负载冗余值这一概念,并给出相应的计算和算法实现。该负载冗余值的作用是决定服务器端是否发送新计算出的权值到负载均衡器端,从而有效的预防服务器节点在任何时刻可能出现的过载情况。(4)通过Linux操作系统的虚拟机搭建LVS集群平台,结合WAS网络仿真测试工具对算法进行对比测试,以进一步验证两种改进算法的优势。
【图文】：

图 2-1 LVS 网络体系结构图负载均衡器(Load balancer)是客户访问集群的入口，整个集群通过负载均衡器来接入网络，但其自身无法直接处理客户的请求，它的主要作用是将客户发出的请求任务发送到后端的服务器集群。外界客户要想访问集群，只需要访问负载均衡器的 IP 地址就可以享受服务，因此他们认为自己访问的是一台高性能的服务器。负载均衡器中的分发技术通常都分为两种：分别是 IP 负载均衡技术和基于内容的分发技术，他们的主要区别就在于采用 IP 负载均衡技术，那么集群中所有的服务器节点提供的服务都会保持一致，而采用了基于内容的分发技术，那么子服务器节点将根据请求的不同来提供不同的服务，例如视频请求会分发到专门处理视频的服务器节点上，文本信息请求则会发送到提供文本服务的子节点上。负载均衡器通常不会对计算机产生很大的开销，由于它是运行在内核中，所以性能上的消

通过该协议修改请求报文头中的目的地址，源地址和端口信息，可以使得客户认为他们连接的是同一台服务器，，而真实服务器同样也认为他们是在与客户进行直接交互[21]。负载均衡器是整个集群的入口，因此需要一个 VIP 来让外部访问，在收到客户端发送的请求后，由于自身并不能处理请求，因此它只能根据设定好的相关算法来选择一台服务器节点，将请求任务转发到该节点上。后端的服务器节点在处理完分配的任务后，先将对应的响应发送到负载均衡器，由负载均衡器来将回复报文的源地址与端口修改成负载均衡器的IP地址与端口后，再发送到客户IP地址。VS/NAT 的最大的缺点也在这里，由于任务报文都要经过负载均衡器的转换，负载均衡器承受的压力会太过于繁重，容易导致整个集群的性能出现了瓶颈[22]。其体系结构如图 2-2 所示。
【学位授予单位】：武汉邮电科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP393.09

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本文编号：2657186