閔其亮+胡耀晞+鐘教俊

摘要：在這個互聯(lián)網(wǎng)時代，云計算、大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)也發(fā)展迅速。云計算和大數(shù)據(jù)作為一個基于開源軟件的平臺，毫無疑問，Linux占據(jù)了核心優(yōu)勢。也許我們對Linux并不是很了解，但在接觸之后，才發(fā)現(xiàn)它有無窮的魅力，在進一步了解之后，意識到Linux值得我們?nèi)ャ@研，去探究。

關鍵詞：開源；負載均衡；輪詢方式；NAT；操作系統(tǒng)

Linux是一種自由和開放源代碼的類UNIX操作系統(tǒng)，該操作系統(tǒng)的內(nèi)核由林納斯？托瓦茲在1991年首次發(fā)布，之后再加上用戶空間的應用程序，就成為Linux操作系統(tǒng)。Linux常用來指基于Linux內(nèi)核的完整操作系統(tǒng)，它包括GUI組件和許多其他實用工具。

Linux服務器操作系統(tǒng)在整個服務器操作系統(tǒng)市場格局中占據(jù)了越來越多的市場份額，已經(jīng)形成了大規(guī)模市場應用的局面，并且保持著快速的增長率，尤其在政府、金融、交通、電信等國家關鍵鄰域。據(jù)統(tǒng)計，Linux在服務領域已經(jīng)占據(jù)了76%的市場份額，它的迅速崛起，已經(jīng)引起了全球IT產(chǎn)業(yè)的高度關注。

Linux成本低，其強大的定制功能以及良好的可移植性使得它在嵌入式系統(tǒng)方面也得到了廣泛應用。我們在移動設備上使用的Andriod操作系統(tǒng)，比如手機、路由器、電視等就是創(chuàng)建在Linux內(nèi)核之上的。目前，Android操作系統(tǒng)的全球市場份額已經(jīng)達到85%。此外，思科公司在網(wǎng)絡防火墻和路由器中也使用了定制Linux，阿里云和騰訊云也開發(fā)了一套基于Linux操作系統(tǒng)的“YunOS”。

在這個互聯(lián)網(wǎng)時代，云計算、大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)也發(fā)展迅速。云計算和大數(shù)據(jù)作為一個基于開源軟件的平臺，毫無疑問，Linux占據(jù)了核心優(yōu)勢。據(jù)研究表明，Linux已經(jīng)開始取代UNIX成為最受青睞的云計算、大數(shù)據(jù)平臺操作系統(tǒng)。

Linux發(fā)行的版本有很多，常見的Linux發(fā)行版有哪些呢？據(jù)我所了解，Linux主流的操作系統(tǒng)有Red Hat、CentOS、SuSE Linux、Ubuntu Linux等。我們主要來講解在CentOS下的一些簡單的Linux實驗。

首先，我們在做負載均衡實驗之前，要了解什么是負載均衡，以及搭建負載均衡的作用。負載均衡，簡稱CLB，它的作用是將大量并發(fā)訪問或數(shù)據(jù)流量分擔到多臺節(jié)點設備上分別處理，從而有效保證每個請求都能夠得到最快處理。負載均衡的輪詢方式有三種，即加權(quán)輪詢、加權(quán)最小連接數(shù)和IPhash，三者的區(qū)別又有什么呢？

加權(quán)輪詢是根據(jù)服務器性能的好壞來分配權(quán)值，從而決定服務器處理的請求數(shù)，服務器性能越高，分配給它的權(quán)值越高，那它處理的請求數(shù)越多。而加權(quán)最小連接數(shù)相對而言就人性化一些，由于每個請求數(shù)的時間不一樣，它通過服務器當前的活躍連接數(shù)來估計服務器處理的負載情況，再給后端服務器分配不同權(quán)值；簡言之，它是先看連接數(shù)，再看權(quán)值。最后一種輪詢方式IPhash，是一種源地址散列調(diào)度算法，它根據(jù)源地址作為散列值，從靜態(tài)分配的散列值表里找出對應的服務器，若該服務器可用且沒超載，則把請求發(fā)送給該服務器，交由它處理。三種輪詢方式各有其優(yōu)點。

常見的四層負載均衡軟件有LVS，七層負載均衡軟件有nginx和HAproxy。其中LVS有DR、NAT和Tunnel三種負載均衡方式。DR性能最好，能夠連接的RS最多，這種模式要求所有的服務器包括LVS服務器IP同在一個網(wǎng)段，預留的IP會比較多，且公網(wǎng)IP收費成本高，所有的包都通過服務器組交換機轉(zhuǎn)發(fā)，會增加服務器組交換機壓力。相對而言，NAT性能最差，能夠連接的RS和Tunnel模式都要少，且所有的數(shù)據(jù)包進出都要經(jīng)過NAT，LVS容易成為整個系統(tǒng)的瓶頸。Tunnel性能好于NAT，低于DR，要求所有的RS都支持Tunnel模式。Tunnel模式支持跨地域的負載均衡。

上文提到的NAT是network address translation的縮寫，翻譯過來就是網(wǎng)絡地址轉(zhuǎn)換。常見的NAT有三種：靜態(tài)NAT、動態(tài)NAT、動態(tài)PAT。我們來具體介紹這三種NAT。第一種，靜態(tài)NAT是指內(nèi)部網(wǎng)絡的私有地址轉(zhuǎn)換為共有IP地址時，IP地址是一對一的，是一成不變的，即某個私有IP地址只轉(zhuǎn)換為某個共有IP地址。借助于靜態(tài)NAT，可以實現(xiàn)外部網(wǎng)絡對內(nèi)部網(wǎng)絡中某些特定設備的服務器。第二種，動態(tài)NAT是指將內(nèi)部網(wǎng)絡的私有IP地址轉(zhuǎn)換為公網(wǎng)IP地址時，IP地址是不確定性的，隨機的，所有被授權(quán)訪問上的Internet的私有IP地址可隨即轉(zhuǎn)換為任何指定的合法IP地址。也就是說，只要指定哪些內(nèi)部地址可以進行轉(zhuǎn)換，以及用哪些合法地址作為外部地址時，就可以進行動態(tài)轉(zhuǎn)換。動態(tài)轉(zhuǎn)換可以使用多個合法外部地址集。當ISP提供的合法IP地址略少于網(wǎng)絡內(nèi)部的計算數(shù)量時，可以采用動態(tài)轉(zhuǎn)換的方式。最后一種動態(tài)PAT則是端口地址轉(zhuǎn)換，它采用端口多路復用方式，是指改變外出數(shù)據(jù)包的源端口并進行端口轉(zhuǎn)換。目前網(wǎng)絡中應用最多的就是端口多路復用方式。內(nèi)部網(wǎng)絡的所有主機均可共享一個合法外部IP地址實現(xiàn)對Internet的訪問，從而可以最大限度地節(jié)約IP地址資源，與此同時，又可隱藏網(wǎng)絡內(nèi)部的所有主機，有效避免來自Internet的攻擊。這三種方式各有各的特點，適用于不同的應用場景。

那什么是nginx呢？nginx是一個web服務器和反向代理服務器，用于HTTP、HTTPS、SMTP、POP3、IMAP協(xié)議。Nginx服務器的特性包括反向代理/L7負載均衡器、嵌入式Perl解析器、動態(tài)二進制升級等。

四層負載均衡和七層負載均衡的區(qū)別在于四層負載均衡依靠IP地址和端口號、負載均衡策略來完成數(shù)據(jù)通信工作。而七層負載均衡相比于四層負載均衡多了應用層的檢查，它可以根據(jù)用戶的URL或MIME頭部來進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，因此，七層負載均衡能實現(xiàn)更高級的負載均衡策略。

在這個互聯(lián)網(wǎng)時代，大眾所使用的筆記本大多都是Windows操作系統(tǒng)，Windows操作系統(tǒng)與Linux有許多不同之處。眾所周知，Windows操作系統(tǒng)下運行絕大部分軟件，硬件廠商近乎100%的支持，而Linux操作系統(tǒng)下可以直接運行的軟件數(shù)量少之又少，尤其在游戲軟件數(shù)量上差別級大。再者，Windows操作系統(tǒng)放棄了dos的字符模式，主攻圖形界面；而Linux操作系統(tǒng)正好相反，Linux操作系統(tǒng)在自負模式運行的更好，圖形界面于它而言只是附帶品。還有一個比較明顯的區(qū)別，那就是Linux操作系統(tǒng)是開源的，而Windows操作系統(tǒng)是不開源的。知識是無盡的，只有自己悉心專研，才會感受到它的魅力之所在，才能有更深刻的體會，感受到它無窮的力量。

參考文獻：

[1]張文波，王成，于三明.淺析Linux系統(tǒng)的網(wǎng)絡安全策略和措施[J].吉林師范大學學報（自然科學版），2003，24（2）：63-65.

[2]張偉杰.淺析Linux技術(shù)的發(fā)展[J].吉林建筑大學學報，2012， 29（2）：73-75.endprint