LVS集群的应用介绍

LVS集群的应用

LVS项目从成立到现在为止,受到不少关注,LVS集群系统已被应用于很多重负载的站点,就我所知该系统已在美、英、德、澳等国的几十个站点上正式使用。

我们没有上百台机器和高速的网络来实际测试LVS的终极性能,所以举LVS的应用实例来说明LVS的高性能和稳定性。我们所知的一些大型LVS应用实例如下:

  • 英国国家JANET Cache Service(wwwcache.ja.net)是为英国150所以上的大学提供Web Cache服务。他们用28个结点的LVS集群代替了原有现50多台相互独立的Cache服务器,用他们的话说现在速度就跟夏天一样,因为夏天是放假期间没有很多人使用网络。
  • Linux的门户站点(www.linux.com)用LVS将很多台VA Linux SMP服务器组成高性能的WEB服务,已使用将近一年。
  • SourceForge(sourceforge.net)是在全球范围内为开发源码项目提供WEB、FTP、Mailing List和CVS等服务,他们也使用LVS将负载调度到十几台机器上。
  • 世界上最大的PC制造商之一采用了两个LVS集群系统,一个在美洲,一个在欧洲,用于网上直销系统。
  • 以RealPlayer提供音频视频服务而闻名的Real公司(www.real.com)使用由20台服务器组成的LVS集群,为其全球用户提供音频视频服务。在2000年3月时,整个集群系统已收到平均每秒20,000个连接的请求流。
  • NetWalk(www.netwalk.com)用多台服务器构造LVS系统,提供1024个虚拟服务,其中本项目的一个美国镜像站点(www.us.linuxvirtualserver.org)。
  • RedHat(www.redhat.com)从其6.1发行版起已包含LVS代码,他们开发了一个LVS集群管理工具叫Piranha,用于控制LVS集群,并提供了一个图形化的配置界面。
  • VA Linux(www.valinux.com)向客户提供基于LVS的服务器集群系统,并且提供相关的服务和支持。
  • TurboLinux的”世界一流Linux集群产品”TurboCluster实际上是基于LVS的想法和代码的,只是他们在新闻发布和产品演示时忘了致谢 。
  • 红旗Linux和中软都提供基于LVS的集群解决方案,并在2000年9月召开的Linux World China 2000上展示。

在这里,再引用两位LVS用户的评论,来进一步说明LVS的性能和可靠性。

LVS集群的特点

LVS集群的特点可以归结如下:

  1. 功能

    有实现三种IP负载均衡技术和八种连接调度算法的IPVS软件。在IPVS内部实现上,采用了高效的Hash函数和垃圾回收机制,能正确处理所调度报文相 关的ICMP消息(有些商品化的系统反而不能)。虚拟服务的设置数目没有限制,每个虚拟服务有自己的服务器集。它支持持久的虚拟服务(如HTTP Cookie和HTTPS等需要该功能的支持),并提供详尽的统计数据,如连接的处理速率和报文的流量等。针对大规模拒绝服务(Deny of Service)攻击,实现了三种防卫策略。

    有基于内容请求分发的应用层交换软件KTCPVS,它也是在Linux内核中实现。有相关的集群管理软件对资源进行监测,能及时将故障屏蔽,实现系统的高可用性。主、从调度器能周期性地进行状态同步,从而实现更高的可用性。

  2. 适用性

    后端服务器可运行任何支持TCP/IP的操作系统,包括Linux,各种Unix(如FreeBSD、Sun Solaris、HP Unix等),Mac/OS和Windows NT/2000等。

    负载调度器能够支持绝大多数的TCP和UDP协议:

    协议 内 容
    TCP HTTP,FTP,PROXY,SMTP,POP3,IMAP4,DNS,LDAP,HTTPS,SSMTP等
    UDP DNS,NTP,ICP,视频、音频流播放协议等

    无需对客户机和服务器作任何修改,可适用大多数Internet服务。

  3. 性能

    LVS服务器集群系统具有良好的伸缩性,可支持几百万个并发连接。配置100M网卡,采用VS/TUN或VS/DR调度技术,集群系统的吞吐量可高达1Gbits/s;如配置千兆网卡,则系统的最大吞吐量可接近10Gbits/s。

  4. 可靠性

    LVS服务器集群软件已经在很多大型的、关键性的站点得到很好的应用,所以它的可靠性在真实应用得到很好的证实。有很多调度器运行一年多,未作一次重启动。

  5. 软件许可证

    LVS集群软件是按GPL(GNU Public License)许可证发行的自由软件,这意味着你可以得到软件的源代码,有权对其进行修改,但必须保证你的修改也是以GPL方式发行。

虚拟服务器软件IPVS

在调度器的实现技术中,IP负载均衡技术是效率最高的。在已有的IP负载均衡技术中有通过网络地址转换(Network Address Translation)将一组服务器构成一个高性能的、高可用的虚拟服务器,我们称之为VS/NAT技术(Virtual Server via Network Address Translation),大多数商品化的IP负载均衡调度器产品都是使用此方法,如Cisco的LocalDirector、F5的Big/IP和 Alteon的ACEDirector。在分析VS/NAT的缺点和网络服务的非对称性的基础上,我们提出通过IP隧道实现虚拟服务器的方法VS/TUN (Virtual Server via IP Tunneling),和通过直接路由实现虚拟服务器的方法VS/DR(Virtual Server via Direct Routing),它们可以极大地提高系统的伸缩性。所以,IPVS软件实现了这三种IP负载均衡技术,它们的大致原理如下(我们将在其他章节对其工作原 理进行详细描述),

  1. Virtual Server via Network Address Translation(VS/NAT)

    通过网络地址转换,调度器重写请求报文的目标地址,根据预设的调度算法,将请求分派给后端的真实服务器;真实服务器的响应报文通过调度器时,报文的源地址被重写,再返回给客户,完成整个负载调度过程。

  2. Virtual Server via IP Tunneling(VS/TUN)

    采用NAT技术时,由于请求和响应报文都必须经过调度器地址重写,当客户请求越来越多时,调度器的处理能力将成为瓶颈。为了解决这个问题,调度器把请求报 文通过IP隧道转发至真实服务器,而真实服务器将响应直接返回给客户,所以调度器只处理请求报文。由于一般网络服务应答比请求报文大许多,采用 VS/TUN技术后,集群系统的最大吞吐量可以提高10倍。

  3. Virtual Server via Direct Routing(VS/DR)

    VS/DR通过改写请求报文的MAC地址,将请求发送到真实服务器,而真实服务器将响应直接返回给客户。同VS/TUN技术一样,VS/DR技术可极大地 提高集群系统的伸缩性。这种方法没有IP隧道的开销,对集群中的真实服务器也没有必须支持IP隧道协议的要求,但是要求调度器与真实服务器都有一块网卡连 在同一物理网段上。

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