基于LVS的高可用负载均衡集群系统的设计与实现

摘要

当今计算机技术已进入以网络为中心的计算时代。由于客户/服务器模型的简单性、易管理性和易维护性，客户/服务器计算模式在网上被大量采用。大量的服务和应用（如新闻服务、网上银行、电子商务、视频点播等）都是围绕着 Web进行。这促使 Internet用户剧烈增长和 Internet流量爆炸式地增长。
　　 这给网络带宽和服务器端都带来巨大的挑战，从网络技术的发展来看，网络带宽的增长远高于服务器响应速度和存储访问速度的增长，可以预见的是越来越多的瓶颈会出现在服务器端。如何建立高可用的、高性价比、可伸缩的、易管理的网络服务平台来满足不断增长的网络应用需求己成为迫在眉睫的问题。在这种情况下，基于 Linux负载均衡的虚拟服务器集群技术应运而生。
　　 基于 Linux的虚拟服务器集群技术（简称 LVS），其实现目标是创建一个具有高可用的、高性价比、可伸缩的、易管理的基于 Linux操作系统的服务器集群，来满足日益增长的网络需求。本文就是针对LVS是如何在若干个松散连接的独立服务器之上架构一个集群服务器，使整个集群结构对外界用户来说表现为一个服务器来提供高可用的网络服务。
　　 本文中的另一个重点是如何平衡各计算机之间的负载从而提高整个系统的性能。通过各种负载算法改善系统的性能，在多台计算机之间合理地分配负载，避免在集群中某台服务器过忙，而其他节点负载较轻的问题，使各台计算机的负载基本达到均衡一致。
　　 本文主要进行了以下几个方面的工作：
　　 1、介绍了论文选题的背景和意义，介绍了网络应用对服务器性能的要求，同时提出提高服务器性能的两种方案；
　　 2、叙述了和本课题相关的集群与均衡理论，包括集群的定义、分类、发展，负载均衡技术的相关概念、均衡算法、均衡策略等；
　　 3、研究了 Linux内核中 Netfilter框架对数据包处理方式、LVS调度算法及 IPVS软件实现基础。讲解如何用 Linux虚拟服务器构建集群系统，包括：LVS的结构、框架、核心软件、体系结构，实现LVS的三种方式等；
　　 4、结合笔者所在的香港文汇网实际需要，进行了集群系统需求分析，并根据分析结果对集群系统进行总体设计和配置方案设计。然后，根据设计方案，进行了详细的安装和配置，实现了这一集群系统。最后，对实现的集群进行了集群模式测试、高可用性测试和扩展性测试。测试结果表明，笔者设计的基于 LVS的高可用负载均衡集群系统是可行的、可用的、可靠的。
　　 5、对本课题进行小结及提出尚需改进完善的问题，并且对下一步研究的方向做了展望。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 选题背景

1.2 目的和意义

1.3 课题任务和本人工作

1.4 论文结构

第二章 集群系统和负载均衡

2.1 集群系统

2.1.1 集群的概念

2.1.2 集群的分类

2.1.3 几种典型集群系统

2.2 负载均衡

2.2.1 负载均衡概念

2.2.2 几种常用的负载均衡技术

2.2.3 几种常用的负载均衡算法

2.3 小结

第三章 Linux虚拟服务器(INS)

3.1 LVS介绍

3.2 LVS的实现原理

3.2.1 Netfilter框架介绍

3.2.2 LNS中Netfiler的实现

3.3 LVS的三种负载均衡模式

3.3.1 VS/NAT模式

3.3.2 VS/TUN模式

3.3.3 VS/DR模式

3.3.4 三种模式的比较

3.4.LVS的调度算法

3.4.1 IPVS调度算法

3.4.2 动态反馈负载均衡算法

3.5 LVS集群应用举例

3.6 小结

第四章 高可用负载均衡集群系统的分析与设计

4.1 集群系统的需求分析

4.2 集群系统的总体设计

4.2.1 集群系统三层结构与作用

4.2.2 集群系统网络划分

4.2.3 集群系统的均衡策略

4.2.4 集群系统总体设计图

4.3 集群系统配置方案设计

4.3.1 负载均衡器配置方案设计

4.3.2 真实服务器配置方案设计

4.3.3 数据库服务器配置方案设计

4.3.4 集群网络构建方案设计

4.4 集群系统整体架构拓扑图

4.5 小结

第五章 高可用负载均衡集群系统的实现与测试

5.1 安装与配置集群系统

5.1.1 负载均衡器的安装与配置

5.1.2 真实服务器的安装与配置

5.1.3 数据库服务器的安装与配置

5.1.4 集群配置常见问题与解决

5.2 集群系统测试

5.2.1 集群调度模式测试

5.2.2 集群高可用性测试

5.2.3 集群扩展性测试

5.2.4 结论

5.3 集群在香港文汇网的应用

5.3.1 香港文汇网简介

5.3.2 集群应用情况

5.4 小结

第六章 结论

6.1 工作总结

6.2 研究展望

参考文献

致谢