李 歐，陳 燕，李桃迎

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

0 引言

計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展，人們對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的訪問(wèn)量呈爆炸式增長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要不斷升級(jí)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(duì)落后［1］。這種情況下，很多企業(yè)開(kāi)始應(yīng)用集群系統(tǒng)來(lái)緩解訪問(wèn)量給網(wǎng)絡(luò)設(shè)備帶來(lái)的壓力，同時(shí)集群系統(tǒng)也能夠保證服務(wù)的可靠性［2］。

負(fù)載均衡集群的實(shí)用性使得越來(lái)越多的人開(kāi)始對(duì)其進(jìn)行研究。郭成城、晏蒲柳研究了異構(gòu)Web服務(wù)器集群動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡算法［3］，張玉芳、魏欽磊、趙膺對(duì)基于負(fù)載權(quán)值的負(fù)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(fù)載均衡算法［5］，陳一驕、盧錫城、時(shí)向泉等人研究了面向會(huì)話的自適應(yīng)負(fù)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(duì)元數(shù)據(jù)負(fù)載均衡機(jī)制進(jìn)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(fù)載均衡策略［9］。

Tomcat與Apache單獨(dú)使用時(shí)存在一定的局限性，在解釋靜態(tài)網(wǎng)頁(yè)時(shí)Tomcat沒(méi)有 Apache快［10-11］，同時(shí)Tomcat的可配置性沒(méi)有Apache好，而Apache不支持動(dòng)態(tài)頁(yè)面的處理。JK是Apache服務(wù)器的一個(gè)可插入模塊，它實(shí)質(zhì)上是Apache與Tomcat的連接器［12-13］，同時(shí)它能夠提供負(fù)載均衡集群的功能。

負(fù)載均衡算法是負(fù)載均衡集群的重要研究?jī)?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(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡集群。

1 負(fù)載均衡集群架構(gòu)

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

圖1 負(fù)載均衡集群架構(gòu)

當(dāng)用戶通過(guò)瀏覽器發(fā)出請(qǐng)求時(shí)，請(qǐng)求首先會(huì)發(fā)送到Apache，判斷請(qǐng)求類型，如果請(qǐng)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(dòng)態(tài)的請(qǐng)求，如JSP等，Apache會(huì)把解析工作交給Tomcat，由Tomcat進(jìn)行解析，Tomcat處理完成后，結(jié)果仍是通過(guò)Apache返回給客戶端。JK在這個(gè)過(guò)程中起到調(diào)度的作用，根據(jù)負(fù)載均衡算法將解析工作合理分配給Tomcat，避免了一個(gè)Tomcat太忙，另一個(gè)空閑的情況的發(fā)生，這樣就可以達(dá)到分工合作，實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，提高性能。

2 負(fù)載均衡集群的實(shí)現(xiàn)

在Linux環(huán)境下正確安裝配置相關(guān)軟件后，通過(guò)對(duì)Tomcat和Apache的配置實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡集群。

2.1 Tomcat集群配置

對(duì)Tomcat的配置文件server.xml進(jìn)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(tái)機(jī)器上同時(shí)運(yùn)行多個(gè)Tomcat，需要將每個(gè) Tomcat對(duì)應(yīng)的 Connectorport端口設(shè)為不同的值，防止端口沖突。

然后對(duì)＜Engine＞進(jìn)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(jī) 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(jī)IP地址，如果是在同一臺(tái)電腦上配置負(fù)載，要修改Receiverport，否則會(huì)產(chǎn)生端口沖突問(wèn)題。

在第二臺(tái)機(jī)器將＜Engine＞修改為:

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

將＜Cluster＞結(jié)點(diǎn)中＜Receiver address＞修改為:

Receiver address="172.18.145.117"

也就是第二臺(tái)機(jī)器的IP地址;其他配置與第一臺(tái)機(jī)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(qǐng)求都交給loadbalancer處理

#其中"loadbalancer"為在workers.propertise里指定的負(fù)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(duì)負(fù)載均衡的負(fù)載器worker(即Tomcat)進(jìn)行具體的登記，此處的2個(gè)Tomcat就作為2個(gè)worker被登記在這個(gè)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(duì)應(yīng) Tomcat的 server.xml中配置的ajp13端口號(hào)

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

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

#the second tomcat

worker.tomcat2.port=8009

worker.tomcat2.host=172.18.145.117 #Tomcat2 的主機(jī)地址

worker.tomcat2.type=ajp13

worker.tomcat2.lbfactor=1

#load balancer worker負(fù)載均衡控制器

worker.loadbalancer.type=lb

worker.loadbalancer.balanced_workers=tomcat1，tomcat2#指定分擔(dān)請(qǐng)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(qǐng)求第一次分發(fā)到哪臺(tái)Tomcat，后繼的請(qǐng)求會(huì)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(shí)，表明如果集群中某臺(tái)Tomcat服務(wù)器在多次請(qǐng)求沒(méi)有響應(yīng)后，會(huì)將當(dāng)前的請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到其它Tomcat服務(wù)器上處理［17］。

3 負(fù)載均衡測(cè)試

3.1 通信測(cè)試

在Windows下新建一個(gè)Java Web工程Session-Test，在工程下新建 index.jsp，JSP頁(yè)面上顯示 Session ID、Key和Value。用Eclipse將編譯好的Java Web項(xiàng)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(tái)計(jì)算機(jī)的防火墻，并且開(kāi)啟2臺(tái)機(jī)器的網(wǎng)卡組播功能，以保證2臺(tái)機(jī)器之間能夠正常通信。

啟動(dòng)同組Tomcat以及Apache。瀏覽器訪問(wèn)A-pache所在的主機(jī)，從頁(yè)面顯示的session Id可以看出請(qǐng)求訪問(wèn)的是Tomcat1，不斷提交數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)Tomcat1與Tomcat2輪流處理請(qǐng)求，將Tomcat2服務(wù)停止，繼續(xù)提交數(shù)據(jù)，請(qǐng)求都由Tomcat1處理，在這個(gè)過(guò)程中session Id沒(méi)有發(fā)生變化，結(jié)果如圖2所示。由此可見(jiàn)負(fù)載均衡集群搭建成功。

圖2 負(fù)載均衡集群通信測(cè)試結(jié)果

3.2 性能測(cè)試

使用JMeter作為服務(wù)器性能的測(cè)試工具，分別模擬1000名、1500名、2000名、2500名、3000名用戶對(duì)服務(wù)器進(jìn)行訪問(wèn)，對(duì)單臺(tái)服務(wù)器的訪問(wèn)結(jié)果如表1所示，對(duì)采用負(fù)載均衡集群技術(shù)的服務(wù)器的訪問(wèn)結(jié)果如表2所示。

表1 對(duì)單臺(tái)服務(wù)器的訪問(wèn)結(jié)果

表2 對(duì)負(fù)載均衡集群系統(tǒng)的訪問(wèn)結(jié)果

通過(guò)比較表1和表2可知，在訪問(wèn)量相同的情況下，負(fù)載均衡集群系統(tǒng)的平均響應(yīng)時(shí)間、50%用戶響應(yīng)時(shí)間、90%用戶響應(yīng)時(shí)間、最小響應(yīng)時(shí)間、最大響應(yīng)時(shí)間以及錯(cuò)誤率比單臺(tái)服務(wù)器有了很大的提高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，負(fù)載均衡集群系統(tǒng)的性能明顯高于單臺(tái)服務(wù)器。

4 結(jié)束語(yǔ)

負(fù)載均衡集群系統(tǒng)具有高性能、低價(jià)格、可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)，同時(shí)能夠合理地進(jìn)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(fù)載均衡集群的基礎(chǔ)上，本文在Linux環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了負(fù)載均衡集群的搭建，測(cè)試結(jié)果表明該集群具有良好的效果。另外，負(fù)載均衡集群中業(yè)務(wù)量是根據(jù)負(fù)載均衡算法分配的，還需解決的問(wèn)題是改進(jìn)負(fù)載均衡算法，使業(yè)務(wù)量的分配更加合理。

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