基于Linux的服务器集群负载均衡系统的研究

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1、http://www.paper.edu.cn基于Linux的服务器集群负载均衡系统的研究熊松华东交通大学信息工程学院，南昌(330013)E-mail：hotxiongsong@hotmail.com摘要：负载均衡是建立在现有网络结构之上，提供一种廉价有效的方法扩展服务器带宽和增加吞吐量，加强网络数据处理能力的方法。提出了负载均衡算法的组成，分析比较了几种算法各自的优点和短处。通过调度思想设计实现了一种基于Linux操作系统的服务器集群负载均衡系统。通过实际的测试数据证明了这种负载均衡模式的有效性。关键词：负载均衡，服务器集群，

2、LINUX，调度中图分类号：TP393.011.引言互联网的快速增长已经使网络服务器面对的访问数量大大增加并且将来的增长速度更加不可预知。如今，务器必须具备提供大量并发访问服务的能力，其处理能力和I/O能力已经成为瓶颈，如果客户的增多导致处理量超出了服务器所能承受的范围，那么其结果必然是导致服务器拒绝服务或者崩溃，严重影响服务质量，造成巨大的经济损失。显然，单台服务器有限的性能不可能解决这个问题，可将多台服务器组成一个系统，并通过软件技术将所有业务处理请求和I/O吞吐平均分配给所有服务器，那么这个系统就完全拥有足够的处理能力，这便

3、是负载均衡最初的基本设计思想。Linux系统是当今使用非常广泛的服务器系统，它具有良好的安全性、高效性、稳定性、可扩展性和易用性。特别需要提到的是Linux系统是开源操作系统，所有源代码是公开的并且可以在遵循GPL（GeneralPublicLicense）的情况下可按需修改源程序，制定符合特殊应用领域的专业操作系统。在本文阐述的负载均衡技术的研究中，将使用上述Linux操作系统[1]的优点和特性，设计出合理高效的系统。本文内容是基于Linux操作系统的服务器集群负载均衡技术的研究，针对当前大中型服务应用中所遇到的瓶颈，进行了深入

4、的研究，提出了一些解决办法。2.负载均衡系统的算法分析2.1负载均衡的种类负载均衡分为两种类型：一种是静态负载均衡，一种是动态负载均衡。只是利用系统负载的平均信息，而忽视系统当前的负载状况的方法被称为静态负载均衡。根据系统当前的负载状况来调整任务划分的方法被称为动态负载均衡。本文中将针对动态负载均衡进行分析与研究。2.2产生负载不均衡的原因分析产生负载不均衡的原因主要有以下三种：1)某些算法的迭代大小不是固定的，但迭代的大小在编译时却可以被求得；2)某些算法的迭代大小不是固定的，并且迭代的大小依赖于被处理的数据，在编译时无法求得；

5、-1-http://www.paper.edu.cn3)即使迭代大小是固定的，也会有许多不定因素导致计算速度的差异；对于第一种情况可在编译时估计各迭代的工作量，按照处理节点的处理能力分布迭代，这就是静态负载均衡的方法。对第二、三种情况来说，必须采用动态负载均衡的手段，在运行过程中根据各个处理节点完成任务的情况，动态地迁移任务，实现动态负载均衡。进行动态负载均衡需要考察处理节点的处理能力，它的基本依据是根据处理节点当前的处理速度预[2]见未来的处理速度。2.3负载均衡算法的组成一个负载均衡算法应当包含以下三个组成部分：信息策略：任务

6、放置策略使用的负载和任务量，以及信息分配的方式。传送策略：基于任务和服务器负载，判断是否要把一个任务传送到其它服务器上处理。放置策略：对于适合传送到其它服务器处理的任务，选择任务将被传送的目的服务器。负载均衡的上述三个部分之间是以不同的方式相互作用的。放置策略利用信息策略提供的负载信息，仅当任务被传送策略判断为适于传送之后才行动。总地来说，设计优良的负载均衡算法应当提供最短的平均任务响应时间，能适于变化的负载，是可靠的负载均衡机制。放置策略是集群负载均衡算法的关键，它决定了一个集群负载均衡算法的主要效率、稳定性和健壮性。本文将分析

7、以下三种集群负载均衡算法中放置策略的优点和缺点。(1)阀值策略。随机选择集群中一台服务器，判断若把任务传送到此服务器后任务队列长度是否会超过阀值。如果不超过，就传送此任务；否则，随机选择另一台服务器，并以同样方式进行判断。循环处理，直到找到一台合适的目的服务器，或探测次数超过一个静态值限制，当任务真正到达服务器后，不管状态如何，必须处理该任务。该策略的优点是能确保一个进入集群的任务请求能够被应答。缺点是随机选择集群中的服务器进行阀值判断降低了服务响应的时间。(2)最短任务队列策略。随机选择集群中若干台不同的服务器，察看每台服务器的

8、任务队列长度，任务被传送到具有最短任务队列长度的服务器。当任务真正到达服务器，无论状态如何，目的服务器必须处理该任务。该策略的优点是能确保一个进入集群的任务请求保证能够被应答。缺点同样是随机选择集群中的若干台服务器进行阀值判断降低了服务响应的时间。