IPVS调度算法之DH

DH（Destination Hashing）调度算法，将报文IP头部的目的地址进行哈希计算，之后根据hash值在由真实服务器组成的buckets数组中查找目标服务器。

调度器注册

DH调度器的定义结构为ip_vs_dh_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_dh_scheduler =
{
    .name =                 "dh",
    .n_list =               LIST_HEAD_INIT(ip_vs_dh_scheduler.n_list),
    .init_service =         ip_vs_dh_init_svc,
    .done_service =         ip_vs_dh_done_svc,
    .add_dest =             ip_vs_dh_dest_changed,
    .del_dest =             ip_vs_dh_dest_changed,
    .schedule =             ip_vs_dh_schedule,
};

static int __init ip_vs_dh_init(void)
{
    return register_ip_vs_scheduler(&ip_vs_dh_scheduler);
}

虚拟服务初始化

如下命令，在添加虚拟服务时，指定使用DH调度器。

# ipvsadm -A -t 207.175.44.110:80 -s dh

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DH调度器，即以下的ip_vs_dh_init_svc函数。在此函数中，分配一个ip_vs_dh_state结构作为虚拟服务的调度私有数据（sched_data）。

static int ip_vs_dh_init_svc(struct ip_vs_service *svc)
{
    struct ip_vs_dh_state *s;

    /* allocate the DH table for this service */
    s = kzalloc(sizeof(struct ip_vs_dh_state), GFP_KERNEL);
    if (s == NULL)
        return -ENOMEM;

    svc->sched_data = s;

    /* assign the hash buckets with current dests */
    ip_vs_dh_reassign(s, svc);

DH的私有调度数据结构为ip_vs_dh_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_dh_bucket {
        struct ip_vs_dest __rcu *dest;  /* real server (cache) */
};

struct ip_vs_dh_state {
    struct ip_vs_dh_bucket          buckets[IP_VS_DH_TAB_SIZE];
    struct rcu_head                 rcu_head;
};

初始化函数ip_vs_dh_init_svc的最后，调用ip_vs_dh_reassign，其完成将虚拟服务结构中关联的真实服务器缓存到DH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_dh_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_dh_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DH调度器，为以下函数：

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

函数ip_vs_dh_flush用于释放真实服务器的引用计数。之后ip_vs_dh_done_svc函数释放在之前的ip_vs_dh_init_svc初始化函数中分配的ip_vs_dh_state结构。

static void ip_vs_dh_flush(struct ip_vs_dh_state *s)
{
    int i;
    struct ip_vs_dh_bucket *b;
    struct ip_vs_dest *dest;

    b = &s->buckets[0];
    for (i=0; i<IP_VS_DH_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

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DH算法，这两个函数指针都是以下函数：

static int ip_vs_dh_dest_changed(struct ip_vs_service *svc, struct ip_vs_dest *dest)
{
    struct ip_vs_dh_state *s = svc->sched_data;

    /* assign the hash buckets with the updated service */
    ip_vs_dh_reassign(s, svc);

    return 0;
}

可见，核心函数为ip_vs_dh_reassign。循环256次（IP_VS_DH_TAB_SIZE），将虚拟服务（svc）关联的真实服务器（destinations）缓存到DH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。

static int ip_vs_dh_reassign(struct ip_vs_dh_state *s, struct ip_vs_service *svc)
{
    struct ip_vs_dh_bucket *b;
    struct list_head *p;
    struct ip_vs_dest *dest;

    b = &s->buckets[0];
    p = &svc->destinations;
    empty = list_empty(p);
    for (i=0; i<IP_VS_DH_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);

            p = p->next;
        }
        b++;
    }
}

调度处理

DH调度器的调度算法十分简单，如下函数ip_vs_dh_schedule所示。其通过报文IP头部的目的地址（daddr）计算hash值，随后以此hash值为索引在调度数据（sched_data）的buckets数据中获取缓存的真实服务器结构。此真实服务器需满足以下三个条件：

• 当前可用（IP_VS_DEST_F_AVAILABLE）；
• 权重值大于零；
• 未过载（IP_VS_DEST_F_OVERLOAD）

static struct ip_vs_dest *ip_vs_dh_schedule(struct ip_vs_service *svc, const struct sk_buff *skb, struct ip_vs_iphdr *iph)
{
    struct ip_vs_dest *dest;
    struct ip_vs_dh_state *s;

    s = (struct ip_vs_dh_state *) svc->sched_data;
    dest = ip_vs_dh_get(svc->af, s, &iph->daddr);
    if (!dest
        || !(dest->flags & IP_VS_DEST_F_AVAILABLE)
        || atomic_read(&dest->weight) <= 0
        || is_overloaded(dest)) {
            ip_vs_scheduler_err(svc, "no destination available");
            return NULL;
    }
    return dest;
}

哈希值的计算由函数ip_vs_dh_hashkey完成。hash值不大于buckets数据的大小，默认为256。最终的hash值与上255（IP_VS_DH_TAB_MASK）。函数ip_vs_dh_get获取缓存的真实服务器。

static inline unsigned int ip_vs_dh_hashkey(int af, const union nf_inet_addr *addr)
{
    __be32 addr_fold = addr->ip;
#ifdef CONFIG_IP_VS_IPV6
    if (af == AF_INET6)
        addr_fold = addr->ip6[0]^addr->ip6[1]^ addr->ip6[2]^addr->ip6[3];
#endif
    return (ntohl(addr_fold)*2654435761UL) & IP_VS_DH_TAB_MASK;
}
static inline struct ip_vs_dest *ip_vs_dh_get(int af, struct ip_vs_dh_state *s, const union nf_inet_addr *addr)
{
    return rcu_dereference(s->buckets[ip_vs_dh_hashkey(af, addr)].dest);
}

内核版本 4.15