一種基于DDNS技術(shù)的LVS/NAT性能優(yōu)化方法

鄧榮

摘要：針對LVS集群中VS/NAT負載均衡技術(shù)的NAT服務(wù)器可擴展性差的問題，提出一種基于DDNS技術(shù)的性能優(yōu)化方法，對VS/NAT系統(tǒng)進行重新架構(gòu)，通過定時收集NAT服務(wù)器的負載數(shù)據(jù)，量化系統(tǒng)的負載率，以保證NAT服務(wù)器池中負載率最低的服務(wù)器優(yōu)先提供相應(yīng)服務(wù)。最后利用WebBench測試工具對傳統(tǒng)LVS/NAT系統(tǒng)和使用DDNS優(yōu)化的系統(tǒng)性能進行測試并對測試結(jié)果進行了對比和分析，結(jié)果表明本方法使系統(tǒng)具有更好的健壯性和均衡性，更好地實現(xiàn)了負載均衡。

關(guān)鍵詞：LVS；動態(tài)域名解析服務(wù)；負載均衡

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）36-0220-03

A Method of Optimizing LVS / NAT Performance Based on DDNS Technology

DENG Rong

（Nantong College of Science and Technology， Nantong 226007， China）

Abstract： Aiming at the problem of poor scalability of NAT server based on VS / NAT load balancing technology in LVS cluster， this paper proposes a performance optimization method based on DDNS technology. It reconstructs the VS / NAT system， collects the NAT server load data， Of the load rate to ensure that the NAT server pool load the lowest priority server to provide the appropriate services. At last， the performance of traditional LVS / NAT system and DDNS optimized system is tested by WebBench test tool， and the results are compared and analyzed. The results show that the method has better robustness and balance， and better achieve load balancing.

Key words： LVS； DDNS； Load balancing

Linux Virtual Server （LVS） 為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供負載平衡的功能，利用集群技術(shù)建立一個具有高性能及可用性高的虛擬服務(wù)系統(tǒng)。LVS集群中實現(xiàn)負載均衡的技術(shù)主要有三種，分別為：VS/NAT、VS/TUN和VS/DR。其中在VS/NAT模式下，集群中的物理服務(wù)器可以使用任何支持TCP/IP的操作系統(tǒng)，物理服務(wù)器可以分配Internet的保留私有IP地址，只有NAT服務(wù)器需要一個合法的公有IP地址。但這種模式的缺點是擴展性有限，當服務(wù)器節(jié)點數(shù)據(jù)增長過多時，由于所有的請求包和應(yīng)答包都需要經(jīng)過NAT服務(wù)器進行處理，NAT服務(wù)器將成為整個系統(tǒng)的瓶頸。因此本文提出一種基于DDNS技術(shù)的優(yōu)化該模式下集群系統(tǒng)性能的方法，根據(jù)NAT服務(wù)器的實際負載情況，動態(tài)在NAT服務(wù)器池中選取負載較輕的NAT服務(wù)器，優(yōu)先響應(yīng)客戶端的大量Web訪問請求，并將查詢流量平均分配到物理Web服務(wù)器上。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)和技術(shù)原理

為了解決VS/NAT可擴展性缺乏的缺點，本文采用DDNS技術(shù)將整個VS/NAT系統(tǒng)進行重新架構(gòu)和調(diào)整，如圖1所示。DDNS是域名系統(tǒng)（DNS）中的一種自動更新名稱服務(wù)器內(nèi)容的技術(shù)。根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)的域名系統(tǒng)規(guī)則，域名必須與固定的IP地址進行綁定。但動態(tài)DNS系統(tǒng)為動態(tài)網(wǎng)域提供一個固定的名稱服務(wù)器，通過即時更新使外界用戶能夠訪問動態(tài)用戶的Web站點。DDNS服務(wù)器上同時安裝負載率計算模塊、負載信息收集模塊和請求轉(zhuǎn)發(fā)模塊。服務(wù)器通過收集模塊定時收集NAT服務(wù)器的負載數(shù)據(jù)，通過相應(yīng)算法計算確定服務(wù)器的負載率，保證讓NAT服務(wù)器池中負載率最低的服務(wù)器優(yōu)先提供相應(yīng)服務(wù)，從而提高了整個系統(tǒng)的性能和效率。在DDNS服務(wù)器收集NAT服務(wù)器的負載信息時，同時將無法取得負載信息的NAT服務(wù)器視為發(fā)生故障，并在DDNS服務(wù)器上將故障的NAT服務(wù)器的IP地址從域名解析的配置文件中刪除。

1.2系統(tǒng)負載情況量化

本方法中負載均衡模塊收集的參數(shù)及負載率的計算方法如下：

[Xi=Xcpui+Xmemi+Xdiski+Xbandwidthi]

[Xi]表示一臺NAT服務(wù)器的最大可用資源值，[Xcpui]表示NAT服務(wù)器的CPU頻率，[Xmemi]表示NAT服務(wù)器的內(nèi)存大小，[Xdiski]表示NAT服務(wù)器的磁盤I/O速率，[Xbandwidthi]表示NAT服務(wù)器所在網(wǎng)絡(luò)的帶寬大小。

[Yi=Ycpui+Ymemi+Ydiski+Ybandwidthi]

[Yi]表示一臺NAT服務(wù)器在一個單位時間內(nèi)對資源的占用值。[Ycpui]表示NAT服務(wù)器的CPU的使用率，[Ymemi]表示NAT服務(wù)器的內(nèi)存使用率，[Ydiski]表示NAT服務(wù)器的磁盤I/O讀取速率，[Ybandwidthi]表示NAT服務(wù)器所在網(wǎng)絡(luò)的帶寬占用率。

對CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)、磁盤的權(quán)重和使用W表示：

[W=w1+w2+w3+w4]，其中[t1+t2+t3+t4=1]；

通過對節(jié)點靜態(tài)資源的參數(shù)值加權(quán)求和計算一個NAT服務(wù)器節(jié)點的整體性能，用[Mi]表示

[Mi=Xi×TT]

[Mi=Mcpui+Mmemi+Mdiski+Mbandwidthi]

對單位時間內(nèi)的資源使用參數(shù)值進行加權(quán)求和計算一個NAT服務(wù)器節(jié)點的動態(tài)資源性能，用[Ni]表示

[Ni=Xi×TT]

[Mi=Mcpui+Mmemi+Mdiski+Mbandwidthi]

一臺NAT服務(wù)器的整體負載率可以通過[Mi]和[Ni]參數(shù)計算獲得，用[Zi]表示：

[Zi=NiMi]

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1 DDNS的配置

本方法中DDNS服務(wù)器使用CentOS 6.7系統(tǒng)，限于篇幅，這里僅介紹該服務(wù)的主要配置命令：

1） 生成key用于更新dns庫

[root@DNS ～]#dnssec-keygen -a HMAC-MD5 -b 128 -n USER ntstddns

//以ntstddns生成一個md5加密的128位密碼，生成兩個文件。

[root@DNS ～]# ls

anaconda-ks.cfg install.log.syslog K ntstddns.+157+56925.private

install.log K ntstddns .+157+56925.key

[root@DNS ～]# cat K ntstddns.+157+56925.key

ntstddns. IN KEY 0 3 157 oxRjfO3rB1b0pzY1WNpbNg==

2） 配置DNS服務(wù)器主配置文件

[root@DNS named]# vi /etc/named.conf

key ddnsuser {

algorithm hmac-md5；

secret oxRjfO3rB1b0pzY1WNpbNg==； //指定ntstddns的key

}；

zone "ntst.edu.cn" IN {

type master；

file "/var/named/zheng"；

allow-update {key ntstddns；}； //允許通過驗證的key升級dns庫

}；

include "/etc/named.rfc1912.zones"；

include "/etc/named.root.key"；

3） 配置正向解析文件

[root@DNS ～]# cp -p /var/named/named.loopback /var/named/zheng

[root@DNS ～]#vi /var/named/zheng

文件內(nèi)容為：

2.2 系統(tǒng)實現(xiàn)的流程

設(shè)一臺NAT服務(wù)器能負載的物理Web服務(wù)器數(shù)量為N，當實際物理Web服務(wù)器數(shù)量為n，實際物理NAT服務(wù)器數(shù)量為m時有如下規(guī)則：

1） 當1

2） 當xN

WEB服務(wù)器設(shè)備集可定義為WEB={WEB1，WEB2，…，WEBn}；

NAT 服務(wù)器設(shè)備集可定義為 NAT ={NAT1， NAT2，…，NATm}；

在圖示的系統(tǒng)模型中，LVS/NAT模式下NAT服務(wù)器集群中的每個服務(wù)器節(jié)點在每間隔一個時間周期向DDNS服務(wù)器的負載均衡信息收集模塊反饋當前服務(wù)器的服務(wù)器性能參數(shù)，收集模塊接收到這些負載度信息后，利用這些參數(shù)數(shù)據(jù)通過1.2節(jié)介紹的計算方法計算出服務(wù)器的整體負載情況，DDNS服務(wù)器會將域名系統(tǒng)中對應(yīng)的NAT服務(wù)器的記錄刪除，然后根據(jù)實時的負載情況通過請求轉(zhuǎn)發(fā)模塊動態(tài)將客戶端訪問的域名重新解析到負載較輕的那臺NAT服務(wù)器的IP地址上，使其在一個時間周期內(nèi)優(yōu)先響應(yīng)客戶端的請求并根據(jù)相應(yīng)的負載均衡算法把客戶端的請求平均的分配給Web服務(wù)器集群中的一臺Web服務(wù)器。

同時，DDNS服務(wù)器會把無法獲得負載信息的NAT服務(wù)器IP地址在域名記錄中刪除，有效地避免客戶端訪問失效的NAT服務(wù)器造成服務(wù)的中斷。

3 實驗測試及結(jié)果分析

為了更好的驗證本文方法對系統(tǒng)性能的提升，使用WebBench軟件對傳統(tǒng)架構(gòu)和本文所用架構(gòu)中Web服務(wù)器做相同參數(shù)的壓力測試，并根據(jù)測試數(shù)據(jù)對比分析系統(tǒng)平均服務(wù)的需求數(shù)、平均延遲時間和系統(tǒng)每秒平均字節(jié)數(shù)，測試結(jié)果如圖3所示：

系統(tǒng)平均服務(wù)請求數(shù)：將測試時間周期中系統(tǒng)完成的客戶端請求數(shù)除以測試時間（單位為秒）

平均延遲時間包括客戶端連接到Web服務(wù)器的時間和Web服務(wù)器把Web頁面的內(nèi)容通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到客戶端的時間。

通過上述實驗結(jié)果可以看出，本文的方法提升了LVS/NAT模式下物理Web服務(wù)器的性能，使服務(wù)器集群的資源得到了更充分的利用。

4 總結(jié)

綜上所述，本文提出的改進LVS/NAT性能的方法較好地解決了該模式中NAT服務(wù)器瓶頸的問題，通過對VS/NAT系統(tǒng)重新架構(gòu)，定時收集NAT服務(wù)器的負載數(shù)據(jù)，量化系統(tǒng)的負載率，保證了NAT服務(wù)器池中負載率最低的服務(wù)器優(yōu)先提供相應(yīng)服務(wù)。從而提高了系統(tǒng)的平均服務(wù)請求數(shù)、平均延遲時間等多項參數(shù)指標，使LVS集群的整體性能有了較大的提升。

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