多層次負載平衡之四

6.國內外在高層負載均衡方面已經有不少產品：

6.1典型產品：Intel網擎負載均衡器

??負載均衡服務具體分為本地負載均衡服務和遠程負載均衡服務。英特爾公司的網擎（Intel NetStructure）7170網絡應用負載均衡器，可應用于本地負載均衡服務。該設備能夠平衡服務器群中所有的服務器和應用之間的通信負載，根據實時響應時間進行判斷，將任務交由負載最輕的服務器來處理，以實現真正的智能通信管理和優秀的服務器群性能。服務器故障切換和多重冗余特性可以讓通信繞過故障點, 從而使用戶站點始終保持運行和可訪問性。并且，每次提供負載均衡服務后，7170網絡應用負載均衡器都有記錄，每天都會自動生成一個報告，客戶通過這一報告還能了解流量的分布情況。

??英特爾網擎系列中的7190多址負載均衡器可用于遠程負載均衡服務。這一設備針對擁有多個網站地址的企業進行專門設計，能夠根據單個URL地址將通信路由到方便可用的站點，從而實現廣域網范圍的負載平衡。為了提高響應速度，7190采用 “快速響應模式”，使所有的站點都能對同一用戶的訪問請求作出響應，響應最快的站點將接受并完成這一訪問任務，而不是在發生用戶請求時計算“最快”的路由因而產生額外的延遲時間。管理員可以采用這種模式確保很短的服務器響應時間，也可以選擇對用戶滿意度產生更大影響的其他算法。系統在后臺收集多站點狀態信息，如服務器響應時間、通信量、本地系統狀態，從而使7190能夠立即確定每個數據中心的狀態，并將訪問導向最佳站點。

6.2 ArrowPoint

??ArrowPoint推出其具有URL認知的內容Web交換機CS－100 和 CS－800。HydraWeb 也在1999年推出了獨立負載平衡設備 Hydra2500 的計劃，Hydra2500同時具有URL和應用認知的智能性。 Cisco 的LocalDirector產品將是一臺具有內容認知功能的交換設備，這意味著需要管理的軟硬件更少，在響應對內容和應用的請求時會做出更加自動化的決策。3Com和F5 Networks也提出類似的內容交換產品。

7.主要問題

1. 交換層次低，大多數的主流產品僅僅停留在四層交換的技術面上，在復雜的Web應用中難以勝任。
2. 有部分硬件廠商實現了內容交換，但是都以集成硬件的方式進行設計，實施成本高。
3. 現有的內容交換技術無法支持用戶可定制的可擴展內容過濾策略，這樣在新的Web應用協議推出后，不得不隨之升級軟硬件系統。
4. 由于靈活性差，內容交換很難與其他網絡設備集成，比如防火墻或者應用網關。集成完全依賴于廠商的解決方案，無法形成標準。

8.提出新的構思

1. 在Linux開放源碼核心上構筑基于內容策略的第七層交換體系，用純軟件的方式實現，可大大節省用戶實施負載均衡的成本。
2. 設計可擴展的內容過濾策略，能夠根據實際需求定制內容過濾機制，滿足不同應用環境、協議的需要。
3. 面向應用層的HA支持，充分提高其運行時可用性，保障不間斷的Web服務。
4. 設計面向應用的負載均衡算法，采取基于閥值控制、權值調度的作業分配機制。

9.可以從一下幾個方面入手：

9.1 體系結構設計：

??基于純軟件的解決方案，硬件平臺為標準的SMP PC服務器。負載均衡器位于服務器群和客戶端之間，充當應用網關的角色，通過VIP使得整個集群對外體現為一個單一的IP地址。每一個客戶端的網絡請求都直接發向該地址，由負載均衡器處理后重新定向到具體提供服務的服務器結點上。服務器返回的數據不再經過負載均衡器的處理，而直接返回到客戶端，保障負載均衡器不會成為整個集群系統的瓶頸。

9.2 負載均衡算法：

??平衡方法是負載均衡中負載分配的主要策略依據。主要有，隨機分配、輪轉分配、散列函數分配、基于最少連接分配、最快響應分配等，每一種分配算法各有其優缺點，課題中將詳細研究在Web環境下的分配算法哪一個更有效，能夠充分保證負載的正確均衡，此外，結合上述的分配算法，還要通過加權來確定服務群結點的優先級，按照優先級的先后順序進行負載平衡。

??權值的獲取和計算可以不同，基本上分為基于流量的權值計算和基于負載的權值計算?；诹髁康臋嘀涤嬎闶峭ㄟ^分析當前服務網絡的平均流量或者是服務結點的平均流量而獲得，是集群網絡負載的一個反映；基于負載的分析是通過負載信息采集工具來定時獲得結點的CPU、RAM、I/O的運行狀況，借此判定結點是否出于過載狀態。以上的幾類方法結合可以有效的進行負載均衡工作。

9.3 基于閥值的控制策略：

??閥值指的是人為地為集群內某個服務結點設定一個服務能力上限。一旦該結點當前的負載超過了這個值，負載均衡器將不在對其進行任務分配工作，直到該負載下降到閥值以下后才會進行重新分配。閥值控制可以滿足某些特殊的Web應用需求，尤其是在ICP集成環境里，多個服務商提供相似的內容時，通過閥值策略可以保護服務商的有效服務質量。

9.4 可擴展的內容解析模塊：

??基于Web請求的內容解析是一個相對復雜的任務。涉及到大量的上下文分析，要識別出HTTP系列協議中關鍵的用戶數據：Cookie信息、用戶認證數據、會話的起始標志、異常、流類型等等，并根據分析的結果結合負載算法進行任務分配。內容解析是可以動態加載的運行時模塊，能夠提供標準的正則語法支持，通過用戶配置文件可以升級內容過濾器。整體實現上充分考慮其升級擴展的成本。

9.5 應用層HA能力的支持：

??大多數產品僅僅支持針對連接的可用性檢測，比如在IP層上進行定時ICMP監測。對于多樣化的Web環境，監測要擴展到應用協議層，可以針對不同的協議進行HA工作。比如在HTTP層監測頁面訪問的有效性，在SSL上監測服務器認證能力是否正常。那么，在應用層進行HA設計就必須是可擴展的，可以根據不同的協議定制不同監測程序。

??HA還涉及到失效處理和恢復的任務。當某個應用結點被檢測出失效事件時，均衡器能夠識別并及時做出響應，終止當前在失效結點上的用戶連接，通知系統管理員并詳細記錄日制，對隨后的訪問不再分配到該結點上。當失效結點恢復正常狀態后，同樣能夠識別出恢復事件，及時將正常的結點加入負載均衡隊列，并賦予較高的權值，使之能夠盡快獲得負載分配的任務。

10. 技術路線和研究環境：

1. 雙CPU的PC服務器，內置雙100M網卡，通過100M交換機和4臺普通的PC服務器相連，每臺機器配有合法的地址，客戶端都可以直接訪問其中的任何一臺。負載均衡器運行Linux 2.4核心的操作系統，客戶端運行Windows系統或者Linux系統，運行標準的Web服務器。
2. 基于開放源碼的Linux操作系統，將核心交換功能在核心空間實現。這樣能夠充分利用Linux內核對TCP/IP協議棧的多線程高效處理能力。
3. 利用NetFilter層實現網絡數據包的處理功能.netfilter是Linux 核心中一個通用架構，它提供了一系列的"表"(tables)，和若干"鏈"(chains)組成，每一條鏈中可以有一條或數條規則。程序核心根據其規則來處理進入網絡的數據。 Netfilter通過一系列的“鉤子”函數實現對數據流的捕獲和處理，由于處理的過程可以靈活的指定在核心空間或者是用戶空間，可以在性能和功能上獲得平衡。
4. 通過Linux的可加載系統模塊實現內容解析功能的動態加載。加載模塊與核心層通過共享存儲區進行數據通信，并將規則的判斷結果通知核心處理程序。
5. 正則語法解析，通過內置的正則語法解析器，可以對用戶定制的內容過濾策略進行規則匹配。

原文轉自：http://www.kjueaiud.com