PowerRouter負載均衡方案
來源:中國電子政務網 更新時間:2012-04-15
摘要

   本方案介紹了負載均衡技術的概念,詳細闡述了曙光PowerRouter負載均衡系統的功能、特點、體系結構和工作方法,并提出了基于PowerRouter的幾種負載均衡解決方案,而且它們主要都是針對Web應用的解決方案。在方案中,用戶可以了解到關于靜態Web網站、動態Web網站和三層結構Web網站這幾種最具代表性的Web應用是如何用PowerRouter來實現負載均衡解決方案,并且它們都適用于什么樣的規模,如何實現高可用性和冗余性,對硬件各有什么要求等用戶最關心的問題。還介紹了如何實現投資非常有限但又想解決高可用的方案,盡量幫助用戶解決他們的實際問題。了解了PowerRouter如何實現負載均衡解決方案,用戶可能更想知道PowerRouter負載均衡系統的性能,所以我們基于解決方案進行了測試,并對測試結果進行了詳細的分析,得出了它的加速比和性能瓶頸。用戶通過本方案可以知道曙光PowerRouter負載均衡系統究竟具有哪些技術優點,它如何使整個服務器集群在用戶看來就是一臺完整的大服務器。

   目錄

   1. 方案背景 4

   1.1. 前言 4

   1.2. 定義 5

   1.3. 負載均衡技術實現的任務 6

   2. 曙光PowerRouter負載均衡系統介紹 6

   2.1. PowerRouter功能簡介 6

   2.2. PowerRouter體系結構 7

   2.3. PowerRouter工作方法 8

   3. 曙光PowerRouter負載均衡方案 9

   3.1. 方案簡介 9

   3.2. 幾種WEB應用解決方案的實現 10

   3.2.1. 小規模的靜態WEB網站 10

   3.2.2. 中等規模的動態WEB網站 12

   3.2.3. 較大規模的三層架構的WEB網站系統 13

   3.2.4. 較小規模但又需保證高可用的方案 15

   4. 曙光PowerRouter負載均衡性能分析 16

   4.1. PowerRouter的性能表現 16

   4.2. 系統的性能瓶頸 19

   5. 系統方案技術優點: 20

   6. 附件 20

   6.1. 相關編纂人員介紹 20

   1.  方案背景

   1.1. 前言

   Internet的飛速發展給網絡帶寬和服務器帶來巨大的挑戰。從網絡技術的發展來看,網絡帶寬的增長遠高于處理器速度和內存訪問速度的增長,所以,我們深信越來越多的瓶頸會出現在服務器端。很多研究顯示Gigabit Ethernet在服務器上很難使得其吞吐率達到1Gb/s的原因是協議棧(TCP/IP)和操作系統的低效,以及處理器的低效,這需要對協議的處理方法、操作系統的調度和IO的處理作更深入的研究。

   比較熱門的站點會吸引前所未有的訪問流量,例如根據Yahoo的新聞發布,Yahoo已經每天發送6.25億頁面。一些網絡服務也收到巨額的流量,如American Online的Web Cache系統每天處理50.2億個用戶訪問Web的請求,每個請求的平均響應長度為5.5Kbytes。與此同時,很多網絡服務因為訪問次數爆炸式地增長而不堪重負,不能及時處理用戶的請求,導致用戶進行長時間的等待,大大降低了服務質量。如何建立可伸縮的網絡服務來滿足不斷增長的負載需求已成為迫在眉睫的問題。

   大部分網站都需要提供每天24小時、每星期7天的服務,對電子商務等網站尤為突出,任何服務中斷和關鍵性的數據丟失都會造成直接的商業損失。例如,根據Dell的新聞發布,Dell現在每天在網站上的交易收入為一千四百萬美元,一個小時的服務中斷都會造成平均五十八萬美元的損失。所以,這對網絡服務的可靠性提出了越來越高的要求。

   現在Web服務中越來越頻繁使用CGI、動態主頁等CPU密集型應用,這對服務器的性能有較高要求。未來的網絡服務會提供更豐富的內容、更好的交互性、更高的安全性等,需要服務器具有更強的CPU和I/O處理能力。例如,通過HTTPS(Secure HTTP)取一個靜態頁面需要的處理性能比通過HTTP的高一個數量級,HTTPS正在被電子商務站點廣為使用。所以,網絡流量并不能說明全部問題,要考慮到應用本身的發展也需要越來越強的處理性能。

   因此,對用硬件和軟件方法實現高可伸縮、高可用網絡服務的需求不斷增長,而通過高性能網絡或局域網互聯的服務器集群正成為實現高可伸縮的、高可用網絡服務的有效結構。這種松耦合結構的服務器集群系統有下列優點:

   @性能:網絡服務的工作負載通常是大量相互獨立的任務,通過一組服務器分而治之,可以獲得很高的整體性能。

   @性能/價格比:組成集群系統的PC服務器或RISC服務器和標準網絡設備因為大規模生產降低成本,價格低,具有最高的性能/價格比。若整體性能隨著結點數的增長而接近線性增加,該系統的性能/價格比接近于PC服務器。所以,這種松耦合結構比緊耦合的多處理器系統具有更好的性能/價格比。

   @可伸縮性:集群系統中的結點數目可以增長到幾千個,乃至上萬個,其伸縮性遠超過單臺超級計算機。

   @高可用性:在硬件和軟件上都有冗余,通過檢測軟硬件的故障,將故障屏蔽,由存活結點提供服務,可實現高可用性。

   服務器集群由一組或幾組完成同樣功能的多個服務器組成,而如何在的多個服務器之間實現合理的業務量分配,使之不致于出現一臺設備過忙、而別的設備卻未充分發揮處理能力的情況,就成了一個問題,負載均衡機制也因此應運而生。負載均衡建立在現有網絡結構之上,它提供了一種廉價有效的方法擴展服務器帶寬和增加吞吐量,加強網絡數據處理能力,提高網絡的靈活性和可用性。它主要完成以下任務:解決網絡擁塞問題,提供服務器空閑響應,實現地理位置無關性;為用戶提供更好的訪問質量;提高服務器響應速度;提高服務器及其他資源的利用效率;避免了網絡關鍵部位出現單點失效。

   1.2. 定義

   其實,負載均衡并非傳統意義上的“均衡”,一般來說,它只是把有可能擁塞于一個地方的負載交給多個地方分擔。如果將其改稱為“負載分擔”,也許更好懂一些。說得通俗一點,負載均衡在網絡中的作用就像輪流值日制度,把任務分給大家來完成,以免讓一個人過度疲勞。不過,這種意義上的均衡一般是靜態的,也就是事先確定的“輪轉響應服務”策略 。

   與輪轉響應服務制度不同的是,動態負載均衡通過一些工具實時地分析數據包,掌握網絡中的數據流量狀況,把任務合理分配出去。結構上分為本地負載均衡和全局負載均衡,前一種是指對本地的服務器集群做負載均衡,后一種是指對分別放置在不同的地理位置、在不同的網絡及服務器群集之間作負載均衡。

       服務器群集中每個服務結點需要一個服務器程序的獨立拷貝,諸如Web、FTP、Telnet或e-mail服務器程序。對于某些服務(如運行在Web服務器上的那些服務)而言,程序的一個拷貝運行在群集內所有的主機上,而網絡負載均衡則將工作負載在這些主機間進行分配。對于只有一臺主機處理工作負載的服務,針對這些服務,網絡負載均衡允許該主機發生故障時將通訊權移至其他主機。

   1.3. 負載均衡技術實現的任務

   在現有網絡結構之上,負載均衡提供了一種廉價有效的方法擴展服務器帶寬和增加吞吐量,加強網絡數據處理能力,提高網絡的靈活性和可用性。它主要完成以下任務:

   @解決網絡擁塞問題,提供服務器空閑響應,實現地理位置無關性

   @為用戶提供更好的訪問質量

   @提高服務器響應速度

   @提高服務器及其他資源的利用效率

   @避免了網絡關鍵部位出現單點失效

   2. 曙光PowerRouter負載均衡系統介紹

   2.1. PowerRouter功能簡介

   PowerRouter是運行于Linux系統的負載均衡系統,具有高度的可用性和擴展性。通過PowerRouter一組服務器(集群)能夠對外提供一致的服務,并且集群內部的結構對用戶來說是透明的,用戶看到的只是一臺單獨的虛擬服務器。

   PowerRouter有高效的負載均衡機制,所有的核心代碼均在操作系統核心態運行,響應快、效率高。轉發機制對應用服務完全透明,使用PowerRouter做負載均衡的服務本身不需要做任何特殊的編程。

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