基于Web服务器集群负载均衡技术的研究与应用

摘要

自二十世纪中叶，互联网进入了高速发展时期，Web服务器正在提供各种各样的网络服务，这种变化促使网民数量和网络流量以几何级数增长，一些类似火车票网上预订系统和网上抢购系统等特殊网站的访问量在瞬间极速暴涨，这就给流行网站带来了巨大的流量压力，单个Web服务器已经不能满足网络的需求。
　　如何创造具有快速响应能力、高可用性、容易管理的高质量服务来满足日益增长的负荷需求成为一个紧迫的问题，这就需要一个能够抵抗高访问，并能提供低延时的互联网基础架构，Web服务器集群系统应运而生，但如何选择最佳的服务器对请求做出回答，如何发挥服务器集群的最大性能，实现网络请求合理的分配成为一个问题，因此，负载均衡机制应运而生。负载均衡技术可以平衡冲突的因素，如成本，性能和可扩展性，通过一个相对较低的总成本实现一个独立系统不能完成的强劲性能，所以，服务器负载均衡技术的研究有非常广阔的前景。本文提出了一种动态反馈的负载均衡算法，后端真实服务器自适应收集它们的负载信息然后发送给负载均衡器，这样降低了通信开销，减少了负载均衡器的负担。
　　为了满足网络应用和服务需求的不断增加，Web服务器集群通过 SAN（storage area network）的使用已经有效的满足了需求。为了减少通信开销，这些集群依靠高性能，低延时的集群内通信机制，例如VIA（Virtual Interface Architecture）或InfiniBand体系结构，在这些新架构下，很多可编程网卡有大的片上存储来支持更多连接，然而，这些大的网卡存储空间很少被充分利用。
　　基于SAN的服务器集群中，我们提出了两种网卡缓存方案，即高速缓存和兼容缓存方案，高速缓存方案使用网卡存储做为主存储缓存的一个扩展,这个方案增加了缓存命中率，减少了磁盘访问次数，当Web数据项数量庞大和数据倾斜比较小时，高速方案特别有效。兼容缓存方案维持最频繁被访问的数据或文件在网卡存储中，这个方案的主要优势是减少了集群内通信阻塞和DMA延时,当Web数据块尺寸和数据倾斜比较大时，兼容方案特别有效。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究的主要内容与贡献

1.4 论文的组织结构

第二章 负载均衡相关技术分析

2.1 负载均衡的目标

2.2F5 BIG-IP作为负载均衡器

2.3 LVS作为负载均衡器

第三章 一种动态反馈的负载均衡算法

3.1 算法引入

3.2 动态反馈的负载均衡方案

3.3 负载均衡实现

3.4 性能分析

3.5 本章小结

第四章 网卡缓存方案

4.1 简介

4.2 相关工作

4.3 基于Web服务器集群的通信机制

4.4 网卡数据缓存方案

4.5 工作负载特征

4.6 评价方法

4.7 性能分析

4.8 本章小结

第五章 基于linux平台web服务器集群系统设计与实现

5.1 负载均衡高可用的核心概念和常用软件

5.2 Nginx+Keepalived架构的系统设计与实现

5.3 搭建Nginx+Keepalived架构的具体步骤

5.4 本章小结

第六章 总结和展望

6.1 本文总结

6.2 展望未来

参考文献

致谢