来源：电子技术应用 作者：杨建华 金笛 李烨 宁宇

    摘要：阐述了集群虚拟服务器的工作原理和三种负载均衡方式，通过实例讨论了虚拟服务器的仿真和建模方法，创建了测试和仿真系统性能的输入和系统模型，并依据q—q图和累积分布函数校验了其概率分布。

    关键词：集群虚拟服务器负载均衡仿真建模概率分布

    随着互联网访问量和数据流量的快速增长，新的应用层出不穷。尽管intemel服务器处理能力和计算强度相应增大，但业务量的发展超出了先前的估计，以至过去按最优配置建设的服务器系统也无法承担。在此情况下，如果放弃现有设备单纯将硬件升级，会造成现有资源的浪费。因此，当前和未来的网络服务不仅要提供更丰富的内容、更好的交互性、更高的安全性，还要能承受更高的访问量，这就需要网络服务具有更高性能、更大可用性、良好可扩展性和卓越的性价比。于是，集群虚拟服务器技术和负载均衡机制应运而生。

    集群虚拟服务器可以将一些真实服务器集中在一起，组成一个可扩展、高可用性和高可靠性的统一体。负载均衡建立在现有网络结构之上，提供了一种廉价、有效和透明的方法建立服务器集群系统，扩展网络设备和服务器的带宽，增加吞吐量，加强网络数据处理能力。提高网络的灵活性和可用性。使用负载均衡机制．大量的并发访问或数据流量就可以分配到多台节点设备上分别处理。系统处理能力得到大幅度提高，大大减少用户等待应答的时间。

    实际应用中，虚拟服务器包含的真实服务器越多，整体服务器的性能指标(如应答延迟、吞吐率等)越高，但价格也越高。在集群中通道或其他部分也可能会进入饱和状态。因此，有必要根据实际应用设计虚拟服务器的仿真模型，依据实际系统的测量数据确定随机变量的概率分布类型和参数，通过分位点一分位点图即q-q图(quaantile-quantile plot)和累积分布函数(cumulative distribution functions)等方法校验应答或传播延迟等性能指标的概率分布，通过仿真软件和工具(如automod)事先分析服务器的运行状态和性能特点，使得集群系统的整体性能稳定，提高虚拟服务器设计的客观性和设计的可靠性，降低服务器建设的投资风险。

    1 集群虚拟服务器的体系结构

    一般而言，首先需要在集群虚拟服务器上建立互联网协议伪装(internet protocol masquerading)机制，即ip伪装，接下来创立ip端口转发机制，然后给出在真实服务器上的相关设置。图1为集群虚拟服务器的通用体系结构。集群虚拟服务器通常包括：真实服务器(realservers)和负载均衡器(load balmlcer)。

    由于虚拟服务器的网络地址转换方式是基于ip伪装的，因此对后台真实服务器的操作系统没有特别要求，可以是windows操作系统，也可以是lmux或其他操作系统。

    负载均衡器是服务器集群系统的惟一入口点。当客户请求到达时，均衡器会根据真实服务器负载情况和设定的调度算法从真实服务器中选出一个服务器，再将该请求转发到选出的服务器，并记录该调度。当这个请求的其他报文到达后，该报文也会被转发到前面已经选出的服务器。因为所有的操作都在操作系统核心空间中完成，调度开销很小，所以负载均衡器具有很高的吞吐率。整个服务器集群的结构对客户是透明的，客户看到的是单一的虚拟服务器。

    负载均衡集群的实现方案有多种，其中一种是linux虚拟服务器lvs(linux virtual server)方案。lvs实现负载均衡的技术有三种：网络地址转换(network address translation)、直接路由(direct routing)和ip隧道(ip yunneling)。

    网络地址转换按照ietf标准，允许一个整体机构以一个公用ip地址出现在inlemet上。通过网络地址转换，负载均衡器重写请求报文的目标地址，根据预设的调度算法，将请求分派给后端的真实服务器；真实服务器的应答报文通过均衡器时，报文的源地址被重写，把内部私有网络地址翻译成合法网络ip地址，再返回给客户，完成整个负载调度过程。

    直接路由的应答连接调度和管理