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集群系统前端控制器的研究与实现

作　者: 张颖
导　师: 林锦贤
学　校: 福州大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: 集群 LVS 负载均衡高可用
分类号: TP393.02
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 83次
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内容摘要

Internet的深入发展,使得越来越多的人在互联网上购物、娱乐、休闲、与人沟通、获取信息; 越来越多的企业把他们与顾客和业务伙伴之间的联系搬到互联网上,通过网络来完成交易,建立与客户之间的联系。互联网的用户数正以几何级数增长。这导致一些热门Web站点因访问量急剧增长而不能及时处理用户的请求,使他们处于长时间的等待的状态。解决这一问题的方法通常有两个:一是单服务器策略,也就是通过不断升级服务器,提高服务器性能来保证高质量的服务。虽然服务性能得到了提高,但是一旦这台服务器出现故障,服务还是没有办法继续提供; 这个方法也会带来高昂的开销; 服务器升级过程中,必然会带来暂时的服务中断。另一种方法是多服务器策略,用多台服务器协同工作来承担以前需要由一台服务器来承担的负荷。这一方案的优点是:对服务器的配置要求不会很高; 单台服务器的故障不会使网络服务瘫痪; 添加和移去服务器的操作不会对网络服务带来暂时的中断。LVS(Linux Virtual Server)集群技术就是多服务器策略中的一种,它为适应快速增长的网络访问需求提供了一个易于扩展,高可用且价格低廉的解决方案。本文介绍了LVS集群系统的体系结构及其工作方式,分析了负载均衡策略和高可用技术的实现原理,并着重研究了它的负载分配算法,在此基础之上改进了LVS中的加权最小连接算法,将该算法中的静态权值改进为动态权值。改进后算法中的权值将根据服务器的真实处理能力动态改变,目的是使控制器能依据真实服务器的处理能力来分配到来的数据包,提高集群的服务性能。在实现负载均衡模块和高可用模块的基础上,作者还设计并实现了集群管理系统,目的是为了更方便地对集群进行管理和配置。根据分析和改进的结果,本文搭建了一工作在LVS/DR方式下的LVS集群,并对其服务性能做了测试。实验证明改进算法是有利于集群服务性能的提高的。此外,本文还介绍了本文所研究的集群系统前端控制器技术在实际项目中的应用。最后作者提出了今后研究工作的方向和并对其作出了展望。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-6
第一章引言  6-9
  1.1 课题研究背景  6-7
  1.2 解决方案  7
  1.3 本文所做工作  7-9
第二章集群技术  9-15
  2.1 集群技术  9-10
  2.2 集群特点  10
  2.3 集群的分类  10-12
    2.3.1 科学集群  11
    2.3.2 负载均衡集群  11-12
    2.3.3 高可用性集群  12
  2.4 负载均衡技术  12-13
  2.5 高可用技术  13-15
第三章 LVS 集群系统  15-31
  3.1 LVS 集群系统介绍  15
  3.2 LVS 体系结构  15-17
  3.3 LVS 集群的工作方式  17-23
    3.3.1 VS/NAT(Virtual Server via NAT)  17-19
    3.3.2 VS/TUN(Virtual Server via IP Tunneling)  19-21
    3.3.3 VS/DR(Virtual Server via Direct Routing)  21-23
  3.4 LVS 集群调度策略  23-25
  3.5 LVS 集群的实现原理  25-31
    3.5.1 Linux 网络体系结构  25-26
    3.5.2 Netfilter 实现负载均衡  26-29
    3.5.3 IPVS 内核功能划分  29-31
第四章存储系统控制器的设计与实现  31-46
  4.1 开发环境介绍  31
  4.2 控制器的模型  31-32
  4.3 系统拓扑结构图  32-33
  4.4 负载均衡模块的设计与实现  33-40
    4.4.1 原负载均衡策略存在的问题  33-34
    4.4.2 负载均衡策略的改进  34-36
    4.4.3 LVS/DR 方式下的 ARP 问题  36-37
    4.4.4 负载均衡模块的实现  37-40
  4.5 高可用模块设计和实现  40-44
    4.5.1 失败接管功能设计  40-43
      4.5.1.1 Heartbeat 工作原理  41
      4.5.1.2 失败接管的关键技术  41-43
    4.5.2 节点故障屏蔽功能设计  43-44
  4.6 集群管理系统的设计与实现  44-46
第五章实验测试及数据  46-52
  5.1 实验环境介绍  46
  5.2 实验环境配置  46-48
  5.3 实验测试及结果  48-52
第六章课题研究技术实际应用情况  52-54
结论  54-55
致谢  55-56
参考文献  56-58
个人简历、在学期间发表的学术论文  58

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