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基于局部性的最少链接（Locality-Based Least Connections）<br>
    "基于局部性的最少链接" 调度算法是针对目标IP地址的负载均衡，目前主要用于Cache集群系统。该算法根据请求的目标IP地址找出该目标IP地址最近使用的服务器，若该服务器是可用的且没有超载，将请求发送到该服务器；若服务器不存在，或者该服务器超载且有服务器处于一半的工作负载，则用"最少链接"的原则选出一个可用的服务器，将请求发送到该服务器。<br>
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带复制的基于局部性最少链接（Locality-Based Least Connections with Replication）<br>
    "带复制的基于局部性最少链接"调度算法也是针对目标IP地址的负载均衡，目前主要用于Cache集群系统。它与LBLC算法的不同之处是它要维护从一个目标IP地址到一组服务器的映射，而LBLC算法维护从一个目标IP地址到一台服务器的映射。该算法根据请求的目标IP地址找出该目标IP地址对应的服务器组，按"最小连接"原则从服务器组中选出一台服务器，若服务器没有超载，将请求发送到该服务器，若服务器超载；则按"最小连接"原则从这个集群中选出一台服务器，将该服务器加入到服务器组中，将请求发送到该服务器。同时，当该服务器组有一段时间没有被修改，将最忙的服务器从服务器组中删除，以降低复制的程度。<br>
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目标地址散列（Destination Hashing）<br>
    "目标地址散列"调度算法根据请求的目标IP地址，作为散列键（Hash Key）从静态分配的散列表找出对应的服务器，若该服务器是可用的且未超载，将请求发送到该服务器，否则返回空。<br>
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源地址散列（Source Hashing）<br>
    "源地址散列"调度算法根据请求的源IP地址，作为散列键（Hash Key）从静态分配的散列表找出对应的服务器，若该服务器是可用的且未超载，将请求发送到该服务器，否则返回空。<br>
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3.2 内核Layer-7交换机KTCPVS<br>
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    在基于IP负载调度技术中，当一个TCP连接的初始SYN报文到达时，调度器就选择一台服务器，将报文转发给它。此后通过查发报文的IP和TCP报文头地址，保证此连接的后继报文被转发到该服务器。这样，IPVS无法检查到请求的内容再选择服务器，这就要求后端服务器组提供相同的服务，不管请求被发送到哪一台服务器，返回结果都是一样的。但是，在有些应用中后端服务器功能不一，有的提供HTML文档，有的提供图片，有的提供CGI，这就需要基于内容的调度(Content-Based Scheduling)。<br>
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    由于用户空间TCP Gateway的开销太大，我们提出在操作系统的内核中实现Layer-7交换方法，来避免用户空间与核心空间的切换和内存复制的开销。在linux操作系统的内核中，我们实现了Layer-7交换，称之为KTCPVS（Kernel TCP Virtual Server）。目前，KTCPVS已经能对HTTP请求进行基于内容的调度，但它还不很成熟，在其调度算法和各种协议的功能支持等方面，有大量的工作需要做。<br>
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    虽然应用层交换处理复杂，它的伸缩性有限，但应用层交换带来以下好处：<br>
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    相同页面的请求被发送到同一服务器，可以提高单台服务器的Cache命中率。<br>
    一些研究[5]表明WEB访问流中存在局部性。Layer-7交换可以充分利用访问的局部性，将相同类型的请求发送到同一台服务器，使得每台服务器收到的请求具有更好的相似性，可进一步提高单台服务器的Cache命中率。<br>
    后端服务器可运行不同类型的服务，如文档服务，图片服务，CGI服务和数据库服务等。<br>
4. LVS集群的特点<br>
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LVS集群的特点可以归结如下：<br>
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功能<br>
    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。<br>
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。<br>
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适用性<br>
    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。<br>
负载调度器能够支持绝大多数的TCP和UDP协议：<br>
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协议 内 容<br>
    TCP HTTP，FTP，PROXY，SMTP，POP3，IMAP4，DNS，LDAP，HTTPS，SSMTP等<br>
UDP DNS，NTP，ICP，视频、音频流播放协议等<br>
无需对客户机和服务器作任何修改，可适用大多数Internet服务。<br>
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性能<br>
    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。<br>
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可靠性<br>
    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。<br>
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软件许可证<br>
    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。<br>
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5. LVS集群的应用<br>
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    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。<br>
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    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：<br>
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    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。<br>
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    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。<br>
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    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。<br>
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    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。<br>
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    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。<br>
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    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）。<br>
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    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。<br>
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    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。<br>
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    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。<br>
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    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。<br>
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    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。<br>
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"We tried virtually all of the commercial load balancers, LVS beats them all for reliability, cost, manageability, you-name-it"<br>
Jerry Glomph Black, Director, Internet & Technical Operations, Real Networks, Seattle Washington, USA<br>
http://marc.theaimsgroup.com/?1=linux-virtual-server&m=95385809030794&w=2<br>
"I can say without a doubt that lvs toasts F5/BigIP solutions, at least in our real world implementations. I wouldn't trade a good lvs box for a Cisco Local Director either"<br>
Drew Streib, Information Architect, VA linux Systems, USA<br>
http://marc.theaimsgroup.com/?1=linux-virtual-server&m=95385694529750&w=2<br>
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6. LVS项目的开发进展与感触<br>
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    LVS项目于1998年5月在网站上发布IPVS第一个版本源程序，一直得到了来自 Internet 的用户和开发者的鼓励和支持。应该说，刚开始发布的程序是非常简单的，由于用户的使用、反馈和期望，让我觉得这项工作的价值，并不断地化时间对该软件添加新功能和完善，其中也得到其他开发者的帮助，所以该软件逐渐发展成为功能较齐全、有用的系统，这远远超出我当初成立项目时的想象。在这里，我要感谢Julian Anastasov提供了很多系统的Bug fixes和改进，Joseph Mack博士编写了LVS HOWTO文档；还感谢一些厂商赞助我开发（如硬件设备等），和赞助我多次出国作相关的技术报告。<br>
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    目前，正在进行的 LVS项目开发工作包括：<br>
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    扩充IPVS对其他传输协议的支持，如AH（Authentication Header）和ESP（Encapsulating Security Payload ）等，这样IPVS调度器将实现IPSec的服务器集群。<br>
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    提供一个统一的、功能较完善、更灵活的LVS集群管理软件。<br>
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    扩充和改进KTCPVS的调度算法和多种协议的支持，使之功能较完备和系统更稳定。<br>
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    在TCP粘合（TCP Splicing）和TCP转移（TCP Handoff）等方面，做一些尝试性工作，进一步改进LVS集群中的应用层调度。<br>
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    最后，我谈一下自己多年来做自由软件开发的几点感触。一是通过自由软件方式可以使得软件具有顽强的生命力；我以前也做过几个独立的系统，如在SUN上用Common Lisp开发的知识库系统和基于C++的对象数据库系统，有些地方也是做得非常漂亮的（如元级反射机制和对象的关系处理），但因为种种原因这些软件没有以开放源码方式发布，现在它们在我导师的软件仓库里已无人问津，我也已经忘记里面的实现细节；而LVS项目是我做着玩的，一开始只是个很简单的程序，通过自由软件的发布和开发，它发展成一个有用的、功能较齐全的软件，体现了自由软件的强大生命力。二是通过自由软件的集市开发，可以使得初始的想法不断地深入，可以学到很多东西。三是做自由软件后时间会更有效率，由于用户的反馈和期待，会自觉不断地改进和完善系统，于是没有时间去玩游戏和网上聊天。四是做自由软件会使得你有一点点成就感，每当收到用户的致谢和想到你的软件在实际系统中运行，会有一点满足。所以，行动起来吧，花一些时间做自由软件，你会有意想不到的收获。<br>
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[目录]<br>
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体系结构<br>
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    本文主要介绍了LVS集群的体系结构。先给出LVS集群的通用体系结构，并讨论了其的设计原则和相应的特点；最后将LVS集群应用于建立可伸缩的Web、Media、Cache和Mail等网络服务。<br>
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1.引言<br>
    在过去的十几年中，Internet从几个研究机构相连为信息共享的网络发展成为拥有大量应用和服务的全球性网络，它正成为人们生活中不可缺少的一部分。虽然Internet发展速度很快，但建设和维护大型网络服务依然是一项挑战性的任务，因为系统必须是高性能的、高可靠的，尤其当访问负载不断增长时，系统必须能被扩展来满足不断增长的性能需求。由于缺少建立可伸缩网络服务的框架和设计方法，这意味着只有拥有非常出色工程和管理人才的机构才能建立和维护大型的网络服务。<br>
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    针对这种情形，本文先给出LVS集群的通用体系结构，并讨论了其的设计原则和相应的特点；最后将LVS集群应用于建立可伸缩的Web、Media、Cache和Mail等网络服务。<br>
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2.LVS集群的通用体系结构<br>
    LVS集群采用IP负载均衡技术和基于内容请求分发技术。调度器具有很好的吞吐率，将请求均衡地转移到不同的服务器上执行，且调度器自动屏蔽掉服务器的故障，从而将一组服务器构成一个高性能的、高可用的虚拟服务器。整个服务器集群的结构对客户是透明的，而且无需修改客户端和服务器端的程序。<br>
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    为此，在设计时需要考虑系统的透明性、可伸缩性、高可用性和易管理性。一般来说，LVS集群采用三层结构，其体系结构如图1所示，三层主要组成部分为：<br>