通過(guò)以前的文章我們知道，負(fù)載均衡和集群是兩個(gè)概念。在一定程度上，負(fù)載均衡是包含在集群之中的。那么，隨著技術(shù)的不斷改進(jìn)，現(xiàn)在我們通常把負(fù)載均衡集群一起來(lái)說(shuō)，因?yàn)椋诜?wù)器方面的均衡策略總是將集群和負(fù)載均衡的概念相捆綁的。

集群技術(shù)的目標(biāo)在于通過(guò)多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步提高擴(kuò)展性、可用性與可靠性。目前應(yīng)用最為廣泛的集群計(jì)算技術(shù)包括高可用集群技術(shù)、高性能并行數(shù)據(jù)庫(kù)集群技術(shù)和高擴(kuò)展負(fù)載均衡集群技術(shù)，這三種技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中有可能會(huì)存在同一個(gè)應(yīng)用中。

負(fù)載均衡集群技術(shù)介紹

1 技術(shù)概念

負(fù)載均衡集群：英文原文為L(zhǎng)oad Balance Cluster，簡(jiǎn)稱LB Cluster或者LB高擴(kuò)展集群，是指以維持可接受性能的前提下處理不斷提高的工作負(fù)載為目標(biāo)的服務(wù)器集群技術(shù)。

負(fù)載均衡集群主要使用在Web服務(wù)器以及中間件應(yīng)用服務(wù)器中，用來(lái)提高系統(tǒng)的高性能、可擴(kuò)展性與高可用性；在集群中增加服務(wù)器可以提升集群系統(tǒng)的處理能力，每個(gè)服務(wù)器的配置不要求完全一致。

◆高性能

一個(gè)負(fù)載均衡集群系統(tǒng)由多臺(tái)服務(wù)器組成，對(duì)外部而言，整個(gè)集群就如同一臺(tái)高性能服務(wù)器，系統(tǒng)只有一個(gè)對(duì)外的網(wǎng)絡(luò)地址（虛擬IP地址），所有對(duì)集群的請(qǐng)求都發(fā)到這個(gè)地址上。系統(tǒng)中有專門的機(jī)制能夠?qū)⑦@些請(qǐng)求按照一定原則分發(fā)到集群中的各臺(tái)服務(wù)器上，讓它們各自分擔(dān)一部分工作。

◆高擴(kuò)展性

負(fù)載均衡集群具有較好的可擴(kuò)展性，因?yàn)閿U(kuò)大系統(tǒng)規(guī)模非常容易，只要在集群中增加新的服務(wù)器即可。

◆高可用性

負(fù)載均衡集群系統(tǒng)將會(huì)在各種商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中占有舉足輕重的地位。商用系統(tǒng)最重視系統(tǒng)的可靠性和容錯(cuò)性，二者合在一起稱為系統(tǒng)的可用性。常用的系統(tǒng)可用性指標(biāo)有系統(tǒng)平均無(wú)故障時(shí)間、期望不間斷工作時(shí)間及年平均故障率等。由于負(fù)載均衡集群系統(tǒng)中各臺(tái)服務(wù)器之間相對(duì)獨(dú)立，采用一些不太復(fù)雜的技術(shù)就能使集群系統(tǒng)達(dá)到很高的可用性。

2 工作原理

2.1 負(fù)載均衡集群結(jié)構(gòu)

負(fù)載均衡集群就是帶均衡策略（算法）的服務(wù)器集群，服務(wù)器稱作節(jié)點(diǎn)。負(fù)載均衡集群在多節(jié)點(diǎn)之間按照一定的算法分發(fā)網(wǎng)絡(luò)或計(jì)算處理負(fù)載。

負(fù)載均衡建立在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之上，提供一種廉價(jià)有效的方法來(lái)擴(kuò)展服務(wù)器帶寬，增加吞吐量，提高數(shù)據(jù)處理能力，同時(shí)又可以避免單點(diǎn)故障。

負(fù)載均衡集群一般的框架結(jié)構(gòu)，以Web訪問(wèn)為例，多個(gè)Web服務(wù)器內(nèi)部署相同的Web內(nèi)容，Internet客戶端的訪問(wèn)請(qǐng)求首先進(jìn)入負(fù)載均衡器，然后由負(fù)載均衡器根據(jù)負(fù)載均衡算法合理地分配給某個(gè)Web服務(wù)器。

負(fù)載均衡的作用就像輪流值日制度，把任務(wù)分給大家來(lái)完成，以免讓一個(gè)人過(guò)度勞累。但是與輪流值日制度不同的是，負(fù)載均衡是一種動(dòng)態(tài)均衡，它通過(guò)一些工具實(shí)時(shí)地分析數(shù)據(jù)包，掌握網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流量狀況，把任務(wù)分配出去。對(duì)于不同的應(yīng)用環(huán)境，使用的均衡策略（算法）是不同的，比如電子商務(wù)網(wǎng)站，它的計(jì)算負(fù)荷大；再如網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用，讀寫頻繁，服務(wù)器的存儲(chǔ)子系統(tǒng)系統(tǒng)面臨很大壓力；再如視頻服務(wù)應(yīng)用，數(shù)據(jù)傳輸量大，網(wǎng)絡(luò)接口負(fù)擔(dān)重壓。所以負(fù)載均衡策略也就有了多種多樣的形式，廣義上的負(fù)載均衡既可以設(shè)置專門的網(wǎng)關(guān)、負(fù)載均衡器，也可以通過(guò)一些專用軟件與協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)。

在OSI（開發(fā)系統(tǒng)互連）七層協(xié)議模型中，第二（數(shù)據(jù)鏈路層）、第三（網(wǎng)絡(luò)層）、第四（傳輸層）、第七層（應(yīng)用層）都有相應(yīng)的負(fù)載均衡策略。在數(shù)據(jù)鏈路層上實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡的原理是根據(jù)數(shù)據(jù)包的目的MAC地址選擇不同的路徑；在網(wǎng)絡(luò)層上可利用基于IP地址的分配方式將數(shù)據(jù)流疏通到多個(gè)節(jié)點(diǎn)；而傳輸層和應(yīng)用層的交換（Switch），本身便是一種基于訪問(wèn)流量的控制方式，能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)載均衡。

目前實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡的產(chǎn)品可以分為硬件產(chǎn)品、類硬件與軟件產(chǎn)品三大類。

◆硬件產(chǎn)品：比軟件產(chǎn)品運(yùn)行快，但價(jià)格較高。比如Alteon 公司的AD3。

◆類硬件：是指用一臺(tái)專門的服務(wù)器安裝特定的軟件來(lái)模擬硬件負(fù)載均衡器，比如在Turbo Linux操作系統(tǒng)上安裝TCS（Turbo Cluster Server）軟件。類硬件一般只用來(lái)提供網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求的分發(fā)，而不作為功能服務(wù)器向客戶端提供服務(wù)。

◆軟件產(chǎn)品：包括Web服務(wù)器層和應(yīng)用服務(wù)器層的很多產(chǎn)品都提供了負(fù)載均衡功能。

2.2 負(fù)載均衡策略

所有的負(fù)載均衡產(chǎn)品都需要一定的負(fù)載均衡策略來(lái)實(shí)現(xiàn)，負(fù)載均衡策略也被稱為負(fù)載均衡算法。目前，最常用的負(fù)載均衡算法主要有三種：輪循（Round-Robin）、最小連接數(shù)（Least Connections First）和快速響應(yīng)優(yōu)先（Faster Response Precedence）。

輪循算法，就是將來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的請(qǐng)求依次分配給集群中的服務(wù)器進(jìn)行處理。

最小連接數(shù)算法，就是為集群中的每臺(tái)服務(wù)器設(shè)置一個(gè)記數(shù)器，記錄每個(gè)服務(wù)器當(dāng)前的連接數(shù)，負(fù)載均衡系統(tǒng)總是選擇當(dāng)前連接數(shù)最少的服務(wù)器分配任務(wù)。這要比“輪循算法”好很多，因?yàn)樵谟行﹫?chǎng)合中，簡(jiǎn)單的輪循不能判斷哪個(gè)服務(wù)器的負(fù)載更低，也許新的工作又被分配給了一個(gè)已經(jīng)很忙的服務(wù)器了。

快速響應(yīng)優(yōu)先算法，是根據(jù)集群中的服務(wù)器狀態(tài)（CPU、內(nèi)存等主要處理部分）來(lái)分配任務(wù)。這一點(diǎn)很難做到，事實(shí)上到目前為止，采用這個(gè)算法的負(fù)載均衡系統(tǒng)還很少。尤其對(duì)于硬件負(fù)載均衡設(shè)備來(lái)說(shuō)，只能在TCP/IP協(xié)議方面做工作，幾乎不可能深入到服務(wù)器的處理系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。但是它是未來(lái)發(fā)展的方向。

綜上所述，負(fù)載均衡集群的使用是非常廣泛的，它的核心內(nèi)容是運(yùn)用越來(lái)越科學(xué)的負(fù)載分配算法開發(fā)出軟件或硬件，來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)載的更加合理地分配。