LVS介绍

目录

 

LVS（Linux虚拟服务器）

为什么要用LVS？

术语了解

LVS类型

LVS工作模式

IPVS调度器实现了如下八种负载调度算法

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LVS（Linux虚拟服务器）

LVS是Linux Virtual Server的简写，意即Linux虚拟服务器，是一个虚拟的服务器集群系统。本项目在1998年5月由章文嵩博士成立，是中国国内最早出现的自由软件项目之一。LVS也就是是多个服务器组成的一个虚拟服务器集群。

为什么要用LVS？

n 工作在网络模型的7层，可以针对http应用做一些分流的策略，比如针对域名、目录结构，Nginx单凭这点可利用的场合就远多于LVS了。

n 最新版本的Nginx也支持4层TCP负载，曾经这是LVS比Nginx好的地方。

n Nginx对网络稳定性的依赖非常小，理论上能ping通就就能进行负载功能，这个也是它的优势之一，相反LVS对网络稳定性依赖比较大。

n Nginx安装和配置比较简单，测试起来比较方便，它基本能把错误用日志打印出来。LVS的配置、测试就要花比较长的时间了，LVS对网络依赖比较大。

那为什么要用lvs呢？

ü 简单一句话，当并发超过了Nginx上限，就可以使用LVS了。

ü 日1000-2000W PV或并发请求1万以下都可以考虑用Nginx。

ü 大型门户网站，电商网站需要用到LVS。

术语了解

首先掌握几个术语，方便下边的理解：

DS:（director server）负载均衡服务器

RS:（real server）真实服务器

DIR:(director server IP)地址

VIP:(外部网络访问的IP地址)虚拟IP地址

RIP:（real server IP）真实服务器IP地址

CIP:客户端IP地址

LVS类型

NAT:地址转换

  1.集群节点（RS）跟DS必须在一个IP网络中；

  2.RIP地址通常是私有地址，仅用于集群节点间的通信；

  3.DS位于client(客户端)和RS之间，并负责进出的所有通信；

  4.RS的网关必须指向DIP；

  5.较大规模应用场景中,DS易成为系统瓶颈；

  6.支持端口映射

DR:直接路由

  1.集群节点跟DS必须在同一个物理网络中

  2.RIP可以使用公网地址，实现远程管理和监控。

  3.DS处理入站请求，响应报文则由RS直接发往客户端

  4.RS不能将网关指向DIP

  5.不支持端口映射

TUN:隧道

  1.集群节点可以跨越网络

  2.RIP必须是公网地址

  3.director处理入站请求，响应报文则由RS直接发往客户端

  4.RS不能将网关指向DIP

  5.不支持端口映射

LVS工作模式

LVS集群的工作模式--DR（直接路由模式）

DR模式通过修改请求报文的目标MAC地址，将请求发给RS，RS将响应后的处理结果发送给客户端。

DR直接路由工作模式说明：

1.当请求报文到达DS，此时请求报文会先到达内核空间的PREROUTING链，此时，源IP和目标IP没有改变。

2.PREROUTING链发现目标IP是本机，将数据包发送大INPUT链。

3.到达INPIUT链，ipvs会检查请求的服务的IP是否为集群服务，若是，则将源MAC修改为DIP的MAC，目的MAC修改为RIP的MAC，然后在发送到POSTROUTING链。

4.POSTROUTING链检查目的MAC为RIP的MAC地址，会将数据包发送到RS。

5.RS发现目的MAC是自己的MAC，就会接受报文，处理之后，会将响应报文通过lo接口传送给eth0网卡，然后发送到客户端。此时源IP是VIP，目标IP是CIP，源MAC是VIP的MAC，目标MAC是CIP的MAC。

6.响应报文到达客户端。

LVS集群的工作模式--NAT（地址转换模式）

(a). 当用户请求到达Director Server，此时请求的数据报文会先到内核空间的PREROUTING链。 此时报文的源IP为CIP，目标IP为VIP

(b). PREROUTING检查发现数据包的目标IP是本机，将数据包送至INPUT链

(c). IPVS比对数据包请求的服务是否为集群服务，若是，修改数据包的目标IP地址为后端服务器IP，然后将数据包发至POSTROUTING链。 此时报文的源IP为CIP，目标IP为RIP

(d). POSTROUTING链通过选路，将数据包发送给Real Server

(e). Real Server比对发现目标为自己的IP，开始构建响应报文发回给Director Server。 此时报文的源IP为RIP，目标IP为CIP

(f). Director Server在响应客户端前，此时会将源IP地址修改为自己的VIP地址，然后响应给客户端。 此时报文的源IP为VIP，目标IP为CIP

LVS集群的工作模式--TUN（隧道模式）

(a) 当用户请求到达Director Server，此时请求的数据报文会先到内核空间的PREROUTING链。 此时报文的源IP为CIP，目标IP为VIP 。

(b) PREROUTING检查发现数据包的目标IP是本机，将数据包送至INPUT链

(c) IPVS比对数据包请求的服务是否为集群服务，若是，在请求报文的首部再次封装一层IP报文，封装源IP为为DIP，目标IP为RIP。然后发至POSTROUTING链。 此时源IP为DIP，目标IP为RIP

(d) POSTROUTING链根据最新封装的IP报文，将数据包发至RS（因为在外层封装多了一层IP首部，所以可以理解为此时通过隧道传输）。 此时源IP为DIP，目标IP为RIP

(e) RS接收到报文后发现是自己的IP地址，就将报文接收下来，拆除掉最外层的IP后，会发现里面还有一层IP首部，而且目标是自己的lo接口VIP，那么此时RS开始处理此请求，处理完成之后，通过lo接口送给eth0网卡，然后向外传递。 此时的源IP地址为VIP，目标IP为CIP

(f) 响应报文最终送达至客户端

LVS集群的工作模式--FULLNAT

LVS的DR和NAT模式要求RS和LVS在同一个vlan中，导致部署成本过高；TUNNEL模式虽然可以跨vlan，但RealServer上需要部署ipip隧道模块等，网络拓扑上需要连通外网，较复杂，不易运维。

为了解决上述问题，开发出FULLNAT，该模式和NAT模式的区别是：数据包进入时，除了做DNAT，还做SNAT（用户ip->内网ip），从而实现LVS-RealServer间可以跨vlan通讯，RealServer只需要连接到内网。

类比地铁站多个闸机。

IPVS调度器实现了如下八种负载调度算法

　　a) 轮询（Round Robin）RR

调度器通过"轮叫"调度算法将外部请求按顺序轮流分配到集群中的真实服务器上，它均等地对待每一台服务器，而不管服务器上实际的连接数和系统负载。

 

　　b) 加权轮叫（Weighted Round Robin）WRR

调度器通过"加权轮叫"调度算法根据真实服务器的不同处理能力来调度访问请求。这样可以保证处理能力强的服务器处理更多的访问流量。调度器可以自动问询真实服务器的负载情况，并动态地调整其权值。

 

　　c) 最少链接（Least Connections） LC

调度器通过"最少连接"调度算法动态地将网络请求调度到已建立的链接数最少的服务器上。如果集群系统的真实服务器具有相近的系统性能，采用"最小连接"调度算法可以较好地均衡负载。

 

　　d) 加权最少链接（Weighted Least Connections） Wlc

在集群系统中的服务器性能差异较大的情况下，调度器采用"加权最少链接"调度算法优化负载均衡性能，具有较高权值的服务器将承受较大比例的活动连接负载。调度器可以自动问询真实服务器的负载情况，并动态地调整其权值。

 

　　e) 基于局部性的最少链接（Locality-Based Least Connections） Lblc

"基于局部性的最少链接" 调度算法是针对目标IP地址的负载均衡，目前主要用于Cache集群系统。该算法根据请求的目标IP地址找出该目标IP地址最近使用的服务器，若该服务器 是可用的且没有超载，将请求发送到该服务器；若服务器不存在，或者该服务器超载且有服务器处于一半的工作负载，则用"最少链接"的原则选出一个可用的服务 器，将请求发送到该服务器。

 

　　f) 带复制的基于局部性最少链接（Locality-Based Least Connections with Replication）

"带复制的基于局部性最少链接"调度算法也是针对目标IP地址的负载均衡，目前主要用于Cache集群系统。它与LBLC算法的不同之处是它要维护从一个 目标IP地址到一组服务器的映射，而LBLC算法维护从一个目标IP地址到一台服务器的映射。该算法根据请求的目标IP地址找出该目标IP地址对应的服务 器组，按"最小连接"原则从服务器组中选出一台服务器，若服务器没有超载，将请求发送到该服务器，若服务器超载；则按"最小连接"原则从这个集群中选出一 台服务器，将该服务器加入到服务器组中，将请求发送到该服务器。同时，当该服务器组有一段时间没有被修改，将最忙的服务器从服务器组中删除，以降低复制的 程度。

 

　　g) 目标地址散列（Destination Hashing） Dh

"目标地址散列"调度算法根据请求的目标IP地址，作为散列键（Hash Key）从静态分配的散列表找出对应的服务器，若该服务器是可用的且未超载，将请求发送到该服务器，否则返回空。

 

　　h) 源地址散列（Source Hashing）SH

"源地址散列"调度算法根据请求的源IP地址，作为散列键（Hash Key）从静态分配的散列表找出对应的服务器，若该服务器是可用的且未超载，将请求发送到该服务器，否则返回空。

本篇内容转载至https://www.cnblogs.com/clsn/p/7920637.html

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