linux系统lvs负载均衡器的概念和调度算法
lvs的概念和调度算法
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- 概念
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- 负载均衡集群
- 集群技术
- 集群技术的实现
- 负载均衡分类
- 四层负载均衡
- 七层的负载均衡
- 四层负载与七层负载的区别
- LVS的调度算法
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- 静态算法（4种）
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- RR：轮询调度
- WRR：加权轮询
- DH：目标地址散列调度
- SH：源地址 hash
- 动态算法（6种）
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- LC：最少链接
- WLC：加权最少连接(默认采用的就是这种)
- SED：最短期望延迟调度
- NQ：永不排队/最少队列调度
- LBLC：基于局部性的最少链接
- LBLCR：带复制的基于局部性最少连接
概念
负载均衡集群
集群（cluster）技术是一种较新的技术，通过集群技术，可以在付出较低成本的情况下获得在性能、可靠性、灵活性方面的相对较高的收益，其任务调度则是集群系统中的核心技术。
集群组成后，可以利用多个计算机和组合进行海量请求处理（负载均衡），从而获得很高的处理效率，也可以用多个计算机做备份（高可用），使得任何一个机器坏了整个系统还是能正常运行。
集群技术
负载均衡（Load Balance）：负载均衡集群为企业需求提供了可解决容量问题的有效方案。负载均衡集群使负载可以在计算机集群中尽可能平均地分摊处理。
负载通常包括应用程序处理负载和网络流量负载,每个节点都可以承担一定的处理负载，并且可以实现处理负载在节点之间的动态分配，以实现负载均衡。
集群技术的实现
负载均衡（Load Balance）
负载均衡技术类型：基于 4 层负载均衡技术和基于 7 层负载均衡技术
负载均衡实现方式：硬件负载均衡设备或者软件负载均衡
硬件负载均衡产品：F5、深信服 、Radware
软件负载均衡产品：LVS（Linux Virtual Server）、 Haproxy、Nginx、Ats（apache traffic server）
负载均衡分类
负载均衡可以大概分为以下几类：
二层负载均衡（mac）
一般是用虚拟mac地址方式，外部对虚拟MAC地址请求，负载均衡接收后分配后端实际的MAC地址响应。
三层负载均衡（ip）
一般采用虚拟IP地址方式，外部对虚拟的ip地址请求，负载均衡接收后分配后端实际的IP地址响应。
四层负载均衡（tcp）
在三层负载均衡的基础上，用ip+port接收请求，再转发到对应的机器。
七层负载均衡（http）
根据虚拟的url或IP，主机名接收请求，再转向相应的处理服务器。
在实际应用中，比较常见的就是四层负载及七层负载。
四层负载均衡
实现四层负载均衡的软件有：
F5：硬件负载均衡器，功能很好，但是成本很高。
lvs：重量级的四层负载软件
nginx：轻量级的四层负载软件，带缓存功能，正则表达式较灵活（1.9）
haproxy：模拟四层转发，较灵活
七层的负载均衡
在四层负载均衡的基础上（没有四层是不可能有七层的），再考虑应用层的特征，比如同一个Web服务器的负载均衡，除了根据VIP加80端口辨别是否需要处理的流量，还可根据七层的URL、浏览器类别来决定是否要进行负载均衡。
实现七层负载均衡的软件有：
haproxy：天生负载均衡技能，全面支持七层代理，会话保持，标记，路径转移；
nginx：只在http协议和mail协议上功能比较好，性能与haproxy差不多；
apache：功能较差
Mysql proxy：功能尚可。
四层负载与七层负载的区别
| 四层负载均衡 | 七层负载均衡 | |
|---|---|---|
| 基于 | 基于IP+Port的 | 基于虚拟的URL或主机IP等。 |
| 类似于 | 路由器 | 代理服务器 |
| 复杂度 | 低 | 高 |
| 性能 | 高；无需解析内容 | 中；需要算法识别 URL，Cookie 和 HTTP head 等信息 |
| 安全性 | 低 | 高 |
| 额外功能 | 无 | 会话保持，图片压缩，等 |
从上面的对比看来四层负载与七层负载最大的区别就是效率与功能的区别。四层负载架构设计比较简单，无需解析具体的消息内容，在网络吞吐量及处理能力上会相对比较高，而七层负载均衡的优势则体现在功能多，控制灵活强大。在具体业务架构设计时，使用七层负载或者四层负载还得根据具体的情况综合考虑。
LVS的调度算法
LVS的调度算法分为静态与动态两类。
静态算法（4种）
只根据算法进行调度 而不考虑后端服务器的实际连接情况和负载情况
RR：轮询调度
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｡
WRR：加权轮询
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。
DH：目标地址散列调度
根据请求的目标IP地址，作为散列键(HashKey)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。
SH：源地址 hash
源地址散列”调度算法根据请求的源IP地址，作为散列键(HashKey)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｡
动态算法（6种）
前端的调度器会根据后端真实服务器的实际连接情况来分配请求
LC：最少链接
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。
WLC：加权最少连接(默认采用的就是这种)
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
SED：最短期望延迟调度
在WLC基础上改进，Overhead = （ACTIVE+1）*256/加权，不再考虑非活动状态，把当前处于活动状态的数目+1来实现，数目最小的，接受下次请求，+1的目的是为了考虑加权的时候，非活动连接过多缺陷：当权限过大的时候，会倒置空闲服务器一直处于无连接状态。
NQ：永不排队/最少队列调度
无需队列。如果有台 realserver的连接数＝0就直接分配过去，不需要再进行sed运算，保证不会有一个主机很空闲。
LBLC：基于局部性的最少链接
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｡
LBLCR：带复制的基于局部性最少连接
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。