淺談Linux

閔其亮+胡耀晞+鐘教俊

摘要：在這個互聯網時代，云計算、大數據產業也發展迅速。云計算和大數據作為一個基于開源軟件的平臺，毫無疑問，Linux占據了核心優勢。也許我們對Linux并不是很了解，但在接觸之后，才發現它有無窮的魅力，在進一步了解之后，意識到Linux值得我們去鉆研，去探究。

關鍵詞：開源；負載均衡；輪詢方式；NAT；操作系統

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

Linux服務器操作系統在整個服務器操作系統市場格局中占據了越來越多的市場份額，已經形成了大規模市場應用的局面，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。據統計，Linux在服務領域已經占據了76%的市場份額，它的迅速崛起，已經引起了全球IT產業的高度關注。

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，比如手機、路由器、電視等就是創建在Linux內核之上的。目前，Android操作系統的全球市場份額已經達到85%。此外，思科公司在網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了一套基于Linux操作系統的“YunOS”。

在這個互聯網時代，云計算、大數據產業也發展迅速。云計算和大數據作為一個基于開源軟件的平臺，毫無疑問，Linux占據了核心優勢。據研究表明，Linux已經開始取代UNIX成為最受青睞的云計算、大數據平臺操作系統。

Linux發行的版本有很多，常見的Linux發行版有哪些呢？據我所了解，Linux主流的操作系統有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訪問或數據流量分擔到多臺節點設備上分別處理，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，即加權輪詢、加權最小連接數和IPhash，三者的區別又有什么呢？

加權輪詢是根據服務器性能的好壞來分配權值，從而決定服務器處理的請求數，服務器性能越高，分配給它的權值越高，那它處理的請求數越多。而加權最小連接數相對而言就人性化一些，由于每個請求數的時間不一樣，它通過服務器當前的活躍連接數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值；簡言之，它是先看連接數，再看權值。最后一種輪詢方式IPhash，是一種源地址散列調度算法，它根據源地址作為散列值，從靜態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，則把請求發送給該服務器，交由它處理。三種輪詢方式各有其優點。

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同在一個網段，預留的IP會比較多，且公網IP收費成本高，所有的包都通過服務器組交換機轉發，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，且所有的數據包進出都要經過NAT，LVS容易成為整個系統的瓶頸。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，翻譯過來就是網絡地址轉換。常見的NAT有三種：靜態NAT、動態NAT、動態PAT。我們來具體介紹這三種NAT。第一種，靜態NAT是指內部網絡的私有地址轉換為共有IP地址時，IP地址是一對一的，是一成不變的，即某個私有IP地址只轉換為某個共有IP地址。借助于靜態NAT，可以實現外部網絡對內部網絡中某些特定設備的服務器。第二種，動態NAT是指將內部網絡的私有IP地址轉換為公網IP地址時，IP地址是不確定性的，隨機的，所有被授權訪問上的Internet的私有IP地址可隨即轉換為任何指定的合法IP地址。也就是說，只要指定哪些內部地址可以進行轉換，以及用哪些合法地址作為外部地址時，就可以進行動態轉換。動態轉換可以使用多個合法外部地址集。當ISP提供的合法IP地址略少于網絡內部的計算數量時，可以采用動態轉換的方式。最后一種動態PAT則是端口地址轉換，它采用端口多路復用方式，是指改變外出數據包的源端口并進行端口轉換。目前網絡中應用最多的就是端口多路復用方式。內部網絡的所有主機均可共享一個合法外部IP地址實現對Internet的訪問，從而可以最大限度地節約IP地址資源，與此同時，又可隱藏網絡內部的所有主機，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、動態二進制升級等。

四層負載均衡和七層負載均衡的區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據通信工作。而七層負載均衡相比于四層負載均衡多了應用層的檢查，它可以根據用戶的URL或MIME頭部來進行數據轉發，因此，七層負載均衡能實現更高級的負載均衡策略。

在這個互聯網時代，大眾所使用的筆記本大多都是Windows操作系統，Windows操作系統與Linux有許多不同之處。眾所周知，Windows操作系統下運行絕大部分軟件，硬件廠商近乎100%的支持，而Linux操作系統下可以直接運行的軟件數量少之又少，尤其在游戲軟件數量上差別級大。再者，Windows操作系統放棄了dos的字符模式，主攻圖形界面；而Linux操作系統正好相反，Linux操作系統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別，那就是Linux操作系統是開源的，而Windows操作系統是不開源的。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系統的網絡安全策略和措施[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技術的發展[J].吉林建筑大學學報，2012， 29（2）：73-75.endprint