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LVS的调度算法和三种工作模式

LVS集群采用ip负载均衡技术和基于内容请求分发技术。调度器具有很好的吞吐率,将请求均衡地转移到不同的服务器上执行,且调度器自动屏蔽掉服务器的故障,从而将一组服务器构成一个高性能的、高可用的虚拟服务器。整个服务器集群的结构对客户是透明的,而且无需修改客户端和服务器端的程序。为此,在设计时需要考虑系统的透明性、可伸缩性、高可用性和易管理性。

本文主要介绍一下LVS的调度算法和3中工作模式

LVS调度算法介绍:

-s 指定服务采用的算法,常用的算法参数如下:
rr 轮叫(Round Robin)
调度器通过”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,而不管服务器上实际的连接数和系统负载。

wrr 加权轮叫(Weighted Round Robin)
调度器通过”加权轮叫”调度算法根据真实服务器的不同处理能力来调度访问请求。这样可以保证处理能力强的服务器处理更多的访问流量。调度器可以自动问询真实服务器的负载情况,并动态地调整其权值。

lc 最少链接(Least Connections)
调度器通过”最少连接”调度算法动态地将网络请求调度到已建立的链接数最少的服务器上。如果集群系统的真实服务器具有相近的系统性能,采用”最小连接”调度算法可以较好地均衡负载。

wlc 加权最少链接(Weighted Least Connections)
在集群系统中的服务器性能差异较大的情况下,调度器采用”加权最少链接”调度算法优化负载均衡性能,具有较高权值的服务器将承受较大比例的活动连接负载。调度器可以自动问询真实服务器的负载情况,并动态地调整其权值。

lblc 基于局部性的最少链接(Locality-Based Least Connections)
“基于局部性的最少链接”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作负载,则用”最少链接” 的原则选出一个可用的服务器,将请求发送到该服务器。

lblcr 带复制的基于局部性最少链接(Locality-Based Least Connections with Replication)
”带复制的基于局部性最少链接”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算法的不同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”最小连接”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”最小连接”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,以降低复制的程度。

dh 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,作为散列键(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,否则返回空。

sh 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,作为散列键(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,否则返回空。

 LVS三种工作模式:

1. Virtual server via NAT(VS-NAT)
优点:集群中的物理服务器可以使用任何支持TCP/IP操作系统,物理服务器可以分配Internet的保留私有地址,只有负载均衡器需要一个合法的IP地址。
缺点:扩展性有限。当服务器节点(普通PC服务器)数据增长到20个或更多时,负载均衡器将成为整个系统的瓶颈,因为所有的请求包和应答包都需要经过负载均衡器再生。假使TCP包的平均长度是536字节的话,平均包再生延迟时间大约为60us(在Pentium处理器上计算的,采用更快的处理器将使得这个延迟时间变短),负载均衡器的最大容许能力为8.93M/s,假定每台物理服务器的平台容许能力为400K/s来计算,负责均衡器能为22台物理服务器计算。
解决办法: 即使是是负载均衡器成为整个系统的瓶颈,如果是这样也有两种方法来解决它。一种是混合处理,另一种是采用Virtual Server via IP tunneling或Virtual Server via direct routing。如果采用混合处理的方法,将需要许多同属单一的RR DNS域。你采用Virtual Server via IP tunneling或Virtual Server via direct routing以获得更好的可扩展性。也可以嵌套使用负载均衡器,在最前端的是VS-Tunneling或VS-Drouting的负载均衡器,然后后面采用VS-NAT的负载均衡器。

2. Virtual server via IP tunneling(VS-TUN)
我们发现,许多Internet服务(例如WEB服务器)的请求包很短小,而应答包通常很大。
优点:负载均衡器只负责将请求包分发给物理服务器,而物理服务器将应答包直接发给用户。所以,负载均衡器能处理很巨大的请求量,这种方式,一台负载均衡能为超过100台的物理服务器服务,负载均衡器不再是系统的瓶颈。使用VS-TUN方式,如果你的负载均衡器拥有100M的全双工网卡的话,就能使得整个Virtual Server能达到1G的吞吐量。
不足:但是,这种方式需要所有的服务器支持"IP Tunneling"(IP Encapsulation)协议,我仅在Linux系统上实现了这个,如果你能让其它操作系统支持,还在探索之中。

3. Virtual Server via Direct Routing(VS-DR)
优点:和VS-TUN一样,负载均衡器也只是分发请求,应答包通过单独的路由方法返回给客户端。与VS-TUN相比,VS-DR这种实现方式不需要隧道结构,因此可以使用大多数操作系统做为物理服务器,其中包括:Linux 2.0.36、2.2.9、2.2.10、2.2.12;Solaris 2.5.1、2.6、2.7;FreeBSD 3.1、3.2、3.3;NT4.0无需打补丁;IRIX 6.5;HPUX11等。
不足:要求负载均衡器的网卡必须与物理网卡在一个物理段上。

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