Linux環(huán)境下負載均衡集群的實現(xiàn)

李 歐，陳 燕，李桃迎

(大連海事大學(xué)交通運輸管理學(xué)院，遼寧 大連 116026)

0 引言

計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展，人們對互聯(lián)網(wǎng)的訪問量呈爆炸式增長，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要不斷升級才能滿足用戶的需求，一些網(wǎng)站所使用的服務(wù)器已經(jīng)相對落后［1］。這種情況下，很多企業(yè)開始應(yīng)用集群系統(tǒng)來緩解訪問量給網(wǎng)絡(luò)設(shè)備帶來的壓力，同時集群系統(tǒng)也能夠保證服務(wù)的可靠性［2］。

負載均衡集群的實用性使得越來越多的人開始對其進行研究。郭成城、晏蒲柳研究了異構(gòu)Web服務(wù)器集群動態(tài)負載均衡算法［3］，張玉芳、魏欽磊、趙膺對基于負載權(quán)值的負載均衡算法做了相關(guān)研究［4］，王霜、修保新、肖衛(wèi)東研究了Web服務(wù)器集群的負載均衡算法［5］，陳一驕、盧錫城、時向泉等人研究了面向會話的自適應(yīng)負載均衡算法［6］，曾碧卿、陳志剛研究了服務(wù)器集群系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容［7］，陳濤、肖儂、劉芳對元數(shù)據(jù)負載均衡機制進行了一定的研究［8］，饒磊、湯小春、侯增江研究了服務(wù)器集群負載均衡策略［9］。

Tomcat與Apache單獨使用時存在一定的局限性，在解釋靜態(tài)網(wǎng)頁時Tomcat沒有 Apache快［10-11］，同時Tomcat的可配置性沒有Apache好，而Apache不支持動態(tài)頁面的處理。JK是Apache服務(wù)器的一個可插入模塊，它實質(zhì)上是Apache與Tomcat的連接器［12-13］，同時它能夠提供負載均衡集群的功能。

負載均衡算法是負載均衡集群的重要研究內(nèi)容，目前已提出了一些調(diào)度算法，例如輪詢算法、加權(quán)輪詢算法、最小連接算法等［14-15］。

鑒于此，本文采用Apache+JK+Tomcat架構(gòu)和輪詢算法來實現(xiàn)負載均衡集群。

1 負載均衡集群架構(gòu)

通過插件JK整合Apache與Tomcat的負載均衡集群架構(gòu)如圖1所示。

圖1 負載均衡集群架構(gòu)

當(dāng)用戶通過瀏覽器發(fā)出請求時，請求首先會發(fā)送到Apache，判斷請求類型，如果請求是靜態(tài)的則由A-pache解析，并把結(jié)果返回給客戶端;如果是動態(tài)的請求，如JSP等，Apache會把解析工作交給Tomcat，由Tomcat進行解析，Tomcat處理完成后，結(jié)果仍是通過Apache返回給客戶端。JK在這個過程中起到調(diào)度的作用，根據(jù)負載均衡算法將解析工作合理分配給Tomcat，避免了一個Tomcat太忙，另一個空閑的情況的發(fā)生，這樣就可以達到分工合作，實現(xiàn)負載均衡，提高性能。

2 負載均衡集群的實現(xiàn)

在Linux環(huán)境下正確安裝配置相關(guān)軟件后，通過對Tomcat和Apache的配置實現(xiàn)負載均衡集群。

2.1 Tomcat集群配置

對Tomcat的配置文件server.xml進行修改，修改Tomcat端口及屬性。

首先將＜Connector＞修改成如下形式:

＜ Connector port="8009"protocol="AJP/1.3"redirect-Port="8443"protocolhandlerclassname="org.apache.jk.server.jkcoyotehandler"/＞

需要注意的是，如果一臺機器上同時運行多個Tomcat，需要將每個 Tomcat對應(yīng)的 Connectorport端口設(shè)為不同的值，防止端口沖突。

然后對＜Engine＞進行修改，修改后的結(jié)果為:

＜Engine name="Catalina"defaultHost="localhost"jvm-Route="tomcat1"＞

最后在＜Host＞下添加下面的內(nèi)容:

＜ Cluster className="org.apache.catalina.ha.tcp.SimpleTcpCluster"＞

＜ Manager className="org.apache.catalina.ha.session.BackupManager"

expireSessionsOnShutdown="false"

notifyListenersOnReplication="true"

mapSendOptions="6"/＞

＜ Channel className="org.apache.catalina.tribes.group.GroupChannel"＞

＜ Membership className="org.apache.catalina.tribes.membership.McastService"

address="228.0.1.99"#廣播地址，同一組 Tomcat集群一樣

port="45564"#同一組Tomcat集群一樣

frequency="500"

dropTime="3000"/＞

＜ Receiver className="org.apache.catalina.tribes.transport.nio.NioReceiver"

address="172.18.145.104"#修改為本機 IP 地址

port="5000"

selectorTimeout="100"

maxThreads="6"/＞

＜Sender className="org.apache.catalina.tribes.transport.ReplicationTransmitter" ＞

＜ Transport className="org.apache.catalina.tribes.transport.nio.PooledParallelSender"/＞

＜/Sender＞

＜ Interceptor className="org.apache.catalina.tribes.group.interceptors.TcpFailureDetector"/＞

＜ Interceptor className="org.apache.catalina.tribes.group.interceptors.MessageDispatch15Interceptor"/＞

＜/Channel＞

＜Valve className="org.apache.catalina.ha.tcp.ReplicationValve"filter=""/＞

＜ Valve className="org.apache.catalina.ha.session.JvmRouteBinderValve"/＞

＜ Deployer className="org.apache.catalina.ha.deploy.FarmWarDeployer"

tempDir="/tmp/war-temp/"

deployDir="/tmp/war-deploy/"

watchDir="/tmp/war-listen/"

watchEnabled="false"/＞

＜ ClusterListener className="org.apache.catalina.ha.session.JvmRouteSessionIDBinderListener"/＞

＜ ClusterListener className="org.apache.catalina.ha.session.ClusterSessionListener"/＞

＜/Cluster＞

需要注意的是Membershipaddress與port要求同一組Tomcat集群設(shè)置相同，Receiveraddress為本機IP地址，如果是在同一臺電腦上配置負載，要修改Receiverport，否則會產(chǎn)生端口沖突問題。

在第二臺機器將＜Engine＞修改為:

＜Engine name="Catalina"defaultHost="localhost"jvm-Route="tomcat2"＞

將＜Cluster＞結(jié)點中＜Receiver address＞修改為:

Receiver address="172.18.145.117"

也就是第二臺機器的IP地址;其他配置與第一臺機器相同。

2.2 Apache集群配置

Step1 修改 Apache的配置文件 httpd.conf，在文件尾部追加以下內(nèi)容:

LoadModulejk_module modules/mod_jk.so＜Ifmodulemod_jk.c＞

#指定 workers.properties文件路徑

JkWorkersFile/usr/local/apache/conf/workers.properties#指定JK相關(guān)內(nèi)容

JkLogFile/usr/local/apache/logs/mod_jk.log

JkLogLevel info

JkLogStampFormat"［%a%b%d%H:%M:%S%Y］"JkOptions+ForwardKeySize+ForwardURICompat-Forward-Directories

JkRequestLogFormat"%w%V%T%q%U%R"

JkShmFile/usr/local/apache/logs/mod_jk.shm

＜/IfModule＞

JkMount/* loadbalancer#所有的請求都交給loadbalancer處理

#其中"loadbalancer"為在workers.propertise里指定的負載分配控制器

Step2 根據(jù) Apache的配置文件 httpd.conf中workers.properties 文件路徑，創(chuàng)建 workers.properties文件。workers.properties文件用于對負載均衡的負載器worker(即Tomcat)進行具體的登記，此處的2個Tomcat就作為2個worker被登記在這個文件中。workers.properties具體配置如下:

workers.tomcat_home=/usr/local/apache-tomcat-7.0.47

workers.java_home=/usr/local/java/jdk1.7.0_45

ps=/

worker.list=tomcat1，tomcat2，loadbalancer，status

#the first tomcat

worker.tomcat1.port=8009#對應(yīng) Tomcat的 server.xml中配置的ajp13端口號

worker.tomcat1.host=172.18.145.104 #Tomcat1 的主機地址 worker.tomcat1.type=ajp13 #定向包協(xié)議

worker.tomcat1.lbfactor=1 #Server的負載分配權(quán)重，值越高，分得的請求越多

#the second tomcat

worker.tomcat2.port=8009

worker.tomcat2.host=172.18.145.117 #Tomcat2 的主機地址

worker.tomcat2.type=ajp13

worker.tomcat2.lbfactor=1

#load balancer worker負載均衡控制器

worker.loadbalancer.type=lb

worker.loadbalancer.balanced_workers=tomcat1，tomcat2#指定分擔(dān)請求的Tomcat

worker.loadbalancer.sticky_session=0

worker.loadbalancer.sticky_session_force=0

worker.status.type=status

需要注意的是，如果sticky_session設(shè)置為1，表明使用粘性Session，即某用戶的請求第一次分發(fā)到哪臺Tomcat，后繼的請求會一直分發(fā)到此Tomcat服務(wù)器上處理［16］。sticky_session_force設(shè)置為0時，表明如果集群中某臺Tomcat服務(wù)器在多次請求沒有響應(yīng)后，會將當(dāng)前的請求轉(zhuǎn)發(fā)到其它Tomcat服務(wù)器上處理［17］。

3 負載均衡測試

3.1 通信測試

在Windows下新建一個Java Web工程Session-Test，在工程下新建 index.jsp，JSP頁面上顯示 Session ID、Key和Value。用Eclipse將編譯好的Java Web項目導(dǎo)出成war包，放置到Linux服務(wù)器上的Tomcat的Webapps目錄下。

關(guān)閉2臺計算機的防火墻，并且開啟2臺機器的網(wǎng)卡組播功能，以保證2臺機器之間能夠正常通信。

啟動同組Tomcat以及Apache。瀏覽器訪問A-pache所在的主機，從頁面顯示的session Id可以看出請求訪問的是Tomcat1，不斷提交數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)Tomcat1與Tomcat2輪流處理請求，將Tomcat2服務(wù)停止，繼續(xù)提交數(shù)據(jù)，請求都由Tomcat1處理，在這個過程中session Id沒有發(fā)生變化，結(jié)果如圖2所示。由此可見負載均衡集群搭建成功。

圖2 負載均衡集群通信測試結(jié)果

3.2 性能測試

使用JMeter作為服務(wù)器性能的測試工具，分別模擬1000名、1500名、2000名、2500名、3000名用戶對服務(wù)器進行訪問，對單臺服務(wù)器的訪問結(jié)果如表1所示，對采用負載均衡集群技術(shù)的服務(wù)器的訪問結(jié)果如表2所示。

表1 對單臺服務(wù)器的訪問結(jié)果

表2 對負載均衡集群系統(tǒng)的訪問結(jié)果

通過比較表1和表2可知，在訪問量相同的情況下，負載均衡集群系統(tǒng)的平均響應(yīng)時間、50%用戶響應(yīng)時間、90%用戶響應(yīng)時間、最小響應(yīng)時間、最大響應(yīng)時間以及錯誤率比單臺服務(wù)器有了很大的提高。實驗結(jié)果表明，負載均衡集群系統(tǒng)的性能明顯高于單臺服務(wù)器。

4 結(jié)束語

負載均衡集群系統(tǒng)具有高性能、低價格、可擴展性強等特點，同時能夠合理地進行業(yè)務(wù)量分配，使得集群中的設(shè)備充分發(fā)揮其處理能力。在分析和研究負載均衡集群的基礎(chǔ)上，本文在Linux環(huán)境下實現(xiàn)了負載均衡集群的搭建，測試結(jié)果表明該集群具有良好的效果。另外，負載均衡集群中業(yè)務(wù)量是根據(jù)負載均衡算法分配的，還需解決的問題是改進負載均衡算法，使業(yè)務(wù)量的分配更加合理。

［1］Schroeder T，Goddard S，Ramamurthy B.Scalable Web server clustering technologies［J］.Network，IEEE，2000，14(3):38-45.

［2］高張，康小軍.提高Tomcat服務(wù)器運行性能的研究［J］.計算機與數(shù)字工程，2008，36(10):203-205.

［3］郭成城，晏蒲柳.一種異構(gòu)Web服務(wù)器集群動態(tài)負載均衡算法［J］.計算機學(xué)報，2005，28(2):179-184.

［4］張玉芳，魏欽磊，趙膺.基于負載權(quán)值的負載均衡算法［J］.計算機應(yīng)用研究，2012，29(12):4711-4713.

［5］王霜，修保新，肖衛(wèi)東.Web服務(wù)器集群的負載均衡算法研究［J］.計算機工程與應(yīng)用，2004，40(25):78-80.

［6］陳一嬌，盧錫城，時向泉，等.一種面向會話的自適應(yīng)負載均衡算法［J］.軟件學(xué)報，2008，19(7):1828-1836.

［7］曾碧卿，陳志剛.服務(wù)器集群系統(tǒng)研究［J］.計算機應(yīng)用研究，2004，21(3):186-187.

［8］陳濤，肖儂，劉芳.對象存儲系統(tǒng)中自適應(yīng)的元數(shù)據(jù)負載均衡機制［J］.軟件學(xué)報，2013，24(2):331-342.

［9］饒磊，湯小春，侯增江.服務(wù)器集群負載均衡策略的研究［J］.計算機與現(xiàn)代化，2013(1):29-32.

［10］Apache.Apache2.2 User’s Guide［EB/OL］.http://httpd.apache.org，2014-06-16.

［11］邊清剛，潘東華.Tomcat和Apache集成支持JSP技術(shù)探討［J］.計算機應(yīng)用研究，2003(6):12-14.

［12］劉尚旺，何東健，閆艷.Tomcat與 IIS或Apache服務(wù)器集成的應(yīng)用研究［J］.計算機工程與設(shè)計，2009，30(10):2541-2543.

［13］孫仁鵬.Tomcat與Apache集成的研究［J］.電腦編程技巧與維護，2011(14):6-8.

［14］王春娟，董麗麗，賈麗.Web集群系統(tǒng)的負載均衡算法［J］.計算機工程，2010，36(2):102-104.

［15］周松泉.一種改進的集群動態(tài)負載均衡算法［J］.計算機與現(xiàn)代化，2012(1):135-139.

［16］吳少剛，陳曉玲.J2EE應(yīng)用服務(wù)器集群性能研究［J］.計算機工程與設(shè)計，2007，28(18):4410-4412.

［17］陳文超.淺析Tomcat Web服務(wù)器基于Apache的集群與負載均衡［J］.科技資訊，2012(6):28-30.