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介绍linux下文件和设备编程

基于局部性的最少链接（Locality-Based Least Connections）<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; &quot;基于局部性的最少链接&quot; 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&quot;最少链接&quot;的原则选出一个可用的服务器，将请求发送到该服务器。<p>
带复制的基于局部性最少链接（Locality-Based Least Connections with Replication）<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; &quot;带复制的基于局部性最少链接&quot;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&quot;最小连接&quot;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&quot;最小连接&quot;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。<p>
目标地址散列（Destination Hashing）<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; &quot;目标地址散列&quot;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。<p>
源地址散列（Source Hashing）<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; &quot;源地址散列&quot;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。<p>
3.2 内核Layer-7交换机KTCPVS<p>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 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)。<p>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 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。<p>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 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：<p>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 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>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 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>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 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<p>
LVS集群的特点可以归结如下：<p>
功能<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 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。<p>
适用性<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 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：<p>
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协议 内 容<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 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。<p>
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性能<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 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。<p>
可靠性<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 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。<p>
软件许可证<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 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。<p>
5. LVS集群的应用<p>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 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。<p>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 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：<p>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 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。<p>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 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。<p>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 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。<p>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 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。<p>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 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。<p>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 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）。<p>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 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。<p>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 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。<p>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; TurboLinux的&quot;世界一流Linux集群产品&quot;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。<p>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 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。<p>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 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。<p>
&quot;We tried virtually all of the commercial load balancers, LVS beats them all for reliability, cost, manageability, you-name-it&quot;<br>
Jerry Glomph Black, Director, Internet &amp; Technical Operations, Real Networks, Seattle Washington, USA<br>
http://marc.theaimsgroup.com/?1=linux-virtual-server&amp;m=95385809030794&amp;w=2<br>
&quot;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&quot;<br>