IPVS调度算法之SH

SH（Source Hashing）调度算法，将连接调度到连接数量较少的真实服务器。

调度器注册

SH调度器的定义结构为ip_vs_sh_scheduler，使用函数register_ip_vs_scheduler注册到IPVS的调度器系统中。

static struct ip_vs_scheduler ip_vs_sh_scheduler ={.name = "sh",.n_list = LIST_HEAD_INIT(ip_vs_sh_scheduler.n_list),.init_service = ip_vs_sh_init_svc,.done_service = ip_vs_sh_done_svc,.add_dest = ip_vs_sh_dest_changed,.del_dest = ip_vs_sh_dest_changed,.upd_dest = ip_vs_sh_dest_changed,.schedule = ip_vs_sh_schedule,};static int __init ip_vs_sh_init(void){return register_ip_vs_scheduler(&ip_vs_sh_scheduler);}

虚拟服务初始化

如下命令，在添加虚拟服务时，指定使用SH调度器。另外指定SH的两个调度标志（sh-fallback和sh-port）：

# ipvsadm -A -t 207.175.44.110:80 -s sh --sched-flags sh-fallback,sh-port

内核在虚拟服务（ip_vs_bind_scheduler函数）绑定调度器时，调用调度器的init_service函数指针。对于SH调度器，即以下的ip_vs_sh_init_svc函数。在此函数中，分配一个ip_vs_sh_state结构作为虚拟服务的调度私有数据（sched_data）。

static int ip_vs_sh_init_svc(struct ip_vs_service *svc){struct ip_vs_sh_state *s;s = kzalloc(sizeof(struct ip_vs_sh_state), GFP_KERNEL);if (s == NULL)return -ENOMEM;svc->sched_data = s;/* assign the hash buckets with current dests */ip_vs_sh_reassign(s, svc);return 0;}

SH的私有调度数据结构为ip_vs_sh_state，其成员buckets是大小为256（默认）的数组，每个数组元素用来缓存一个真实服务器结构（ip_vs_dest）。

struct ip_vs_sh_bucket {struct ip_vs_dest __rcu *dest; /* real server (cache) */};struct ip_vs_sh_state {struct rcu_head rcu_head;struct ip_vs_sh_bucketbuckets[IP_VS_SH_TAB_SIZE];};

初始化函数ip_vs_sh_init_svc的最后，调用ip_vs_sh_reassign，其完成将虚拟服务结构中关联的真实服务器缓存到SH私有调度数据中的工作。由于在创建虚拟服务时，还没有配置关联的真实服务器，sched_data中的真实服务器缓存都置为空。

另外，当更改虚拟服务的调度器时，针对新的调度器也需要进行绑定操作，也会调用到init_service回调函数指针。此时，有可能用户已经配置了真实服务器，所以，此时调用ip_vs_sh_reassign函数将真正的缓存真实服务器在sched_data中。稍后接收函数ip_vs_sh_reassign。

在删除虚拟服务或者修改虚拟服务所使用的调度器时，内核需在函数ip_vs_unbind_scheduler中解绑调度器，此时如果调度器实现了done_service回调指针函数，将在此函数中被调用。对于SH调度器，为以下函数：

static void ip_vs_sh_done_svc(struct ip_vs_service *svc){struct ip_vs_sh_state *s = svc->sched_data;/* got to clean up hash buckets here */ip_vs_sh_flush(s);/* release the table itself */kfree_rcu(s, rcu_head);}

函数ip_vs_sh_flush用于释放真实服务器的引用计数。之后ip_vs_sh_done_svc函数释放在之前的ip_vs_sh_init_svc初始化函数中分配的ip_vs_sh_state结构。

static void ip_vs_sh_flush(struct ip_vs_sh_state *s){int i;struct ip_vs_sh_bucket *b;struct ip_vs_dest *dest;b = &s->buckets[0];for (i=0; i<IP_VS_SH_TAB_SIZE; i++) {dest = rcu_dereference_protected(b->dest, 1);if (dest) {ip_vs_dest_put(dest);RCU_INIT_POINTER(b->dest, NULL);}b++;}}

真实服务器操作

以下命令添加真实服务器：

# ipvsadm -a -t 207.175.44.110:80 -r 192.168.10.1:80 -m --weight 3

内核在处理添加真实服务器（__ip_vs_update_dest）操作时，将调用虚拟服务绑定的调度器的add_dest回调函数指针，如果是编辑真实服务器，将调用upd_dest函数指针。对于SH算法，这两个函数指针都是以下函数：

static int ip_vs_sh_dest_changed(struct ip_vs_service *svc, struct ip_vs_dest *dest){struct ip_vs_sh_state *s = svc->sched_data;/* assign the hash buckets with the updated service */ip_vs_sh_reassign(s, svc);return 0;}

可见，核心函数为ip_vs_sh_reassign。循环256次（IP_VS_SH_TAB_SIZE），将虚拟服务（svc）关联的真实服务器（destinations）缓存到SH调度器数据的buckets中。如果真实服务器数量小于256，在遍历完所有真实服务器之后，再次从头开始遍历真实服务器链表进行缓存，所以此种情况下buckets的多个位置将缓存相同的真实服务器。

另外，如果真实服务器指定了weight权重参数，如以上ipvsadm命令中的–weight 3，ip_vs_sh_reassign函数将此真实服务器缓存到连续的3个buckets位置。

static int ip_vs_sh_reassign(struct ip_vs_sh_state *s, struct ip_vs_service *svc){int i;struct ip_vs_sh_bucket *b;struct list_head *p;struct ip_vs_dest *dest;int d_count;bool empty;b = &s->buckets[0];p = &svc->destinations;empty = list_empty(p);d_count = 0;for (i=0; i<IP_VS_SH_TAB_SIZE; i++) {dest = rcu_dereference_protected(b->dest, 1);if (dest)ip_vs_dest_put(dest);if (empty)RCU_INIT_POINTER(b->dest, NULL);else {if (p == &svc->destinations)p = p->next;dest = list_entry(p, struct ip_vs_dest, n_list);ip_vs_dest_hold(dest);RCU_INIT_POINTER(b->dest, dest);/* Don't move to next dest until filling weight */if (++d_count >= atomic_read(&dest->weight)) {p = p->next;d_count = 0;}}b++;}return 0;}

调度处理

SH调度器调度函数如下ip_vs_sh_schedule，其根据创建虚拟服务时指定的两个调度标志（sh-fallback和sh-port）做不同的处理。进行哈希运算的IP地址，对于初始数据流方向，其为源IP地址；对于相反方向，其为目的IP地址。

static struct ip_vs_dest *ip_vs_sh_schedule(struct ip_vs_service *svc, const struct sk_buff *skb, struct ip_vs_iphdr *iph){struct ip_vs_dest *dest;struct ip_vs_sh_state *s;const union nf_inet_addr *hash_addr;hash_addr = ip_vs_iph_inverse(iph) ? &iph->daddr : &iph->saddr;if (svc->flags & IP_VS_SVC_F_SCHED_SH_PORT)port = ip_vs_sh_get_port(skb, iph);s = (struct ip_vs_sh_state *) svc->sched_data;if (svc->flags & IP_VS_SVC_F_SCHED_SH_FALLBACK)dest = ip_vs_sh_get_fallback(svc, s, hash_addr, port);elsedest = ip_vs_sh_get(svc, s, hash_addr, port);return dest;}

首先，如果两个调度标志都没有指定，其使用函数ip_vs_sh_get进行调度。根据IP地址计算的hash值，作为索引由SH调度数据sched_data的buckets数组中获取调度的真实服务器结构。此种情况下端口port的值为零。

static inline unsigned int ip_vs_sh_hashkey(int af, const union nf_inet_addr *addr, __be16 port, unsigned int offset){__be32 addr_fold = addr->ip;#ifdef CONFIG_IP_VS_IPV6if (af == AF_INET6)addr_fold = addr->ip6[0]^addr->ip6[1]^ addr->ip6[2]^addr->ip6[3];#endifreturn (offset + (ntohs(port) + ntohl(addr_fold))*2654435761UL) &IP_VS_SH_TAB_MASK;}static inline struct ip_vs_dest *ip_vs_sh_get(struct ip_vs_service *svc, struct ip_vs_sh_state *s, const union nf_inet_addr *addr, __be16 port){unsigned int hash = ip_vs_sh_hashkey(svc->af, addr, port, 0);struct ip_vs_dest *dest = rcu_dereference(s->buckets[hash].dest);return (!dest || is_unavailable(dest)) ? NULL : dest;}

其次，如果设置了sh-port标志（IP_VS_SVC_F_SCHED_SH_PORT），将由以下函数ip_vs_sh_get_port获取报文中的源端口号。之后在计算hash值时，将使用此源端口和IP地址进行计算，参见以上函数ip_vs_sh_get。

static inline __be16 ip_vs_sh_get_port(const struct sk_buff *skb, struct ip_vs_iphdr *iph){__be16 _ports[2], *ports;switch (iph->protocol) {case IPPROTO_TCP:case IPPROTO_UDP:case IPPROTO_SCTP:ports = skb_header_pointer(skb, iph->len, sizeof(_ports), &_ports);if (unlikely(!ports))return 0;if (likely(!ip_vs_iph_inverse(iph)))return ports[0];elsereturn ports[1];default:return 0;}}

最后，如果设置了sh-fallback标志（IP_VS_SVC_F_SCHED_SH_FALLBACK），将使用以下函数ip_vs_sh_get_fallback进行调度。如果IP地址和端口号获取到的真实服务器可用，返回此真实服务器。否者，意味着不可用，即此服务器的权重weight小于零或者其已经过载，此时，遍历整个SH的buckets中缓存的真实服务器，此遍历由以上计算的hash值ihash与数组偏移之和作为新的偏移值，重新计算hash，寻找第一个可用的真实服务器。

static inline struct ip_vs_dest *ip_vs_sh_get_fallback(struct ip_vs_service *svc, struct ip_vs_sh_state *s,const union nf_inet_addr *addr, __be16 port){unsigned int offset, roffset;unsigned int hash, ihash;struct ip_vs_dest *dest;ihash = ip_vs_sh_hashkey(svc->af, addr, port, 0);dest = rcu_dereference(s->buckets[ihash].dest);if (!dest)return NULL;if (!is_unavailable(dest))return dest;for (offset = 0; offset < IP_VS_SH_TAB_SIZE; offset++) {roffset = (offset + ihash) % IP_VS_SH_TAB_SIZE;hash = ip_vs_sh_hashkey(svc->af, addr, port, roffset);dest = rcu_dereference(s->buckets[hash].dest);if (!dest)break;if (!is_unavailable(dest))return dest;}return NULL;}

内核版本 4.15

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