LVS(Linux Virtual Server)三种负载均衡模型和十种调度的简单介绍

LVS (Linux Virtual Server)

LVS（Linux Virtual Server）其实就是针对高可伸缩、高可用网络服务的需求，给出了基于IP层和基于内容请求分发的负载平衡调度解决方法，并在Linux内核中实现了这些方法，将一组服务器构成一个实现可伸缩的、高可用网络服务的虚拟服务器。所以，lvs需要内核有ipvs支持，确保你的内核支持ipvs后，只需安装ipvsadm就可以把一台服务器配置成负载调度器（Load Balancer）。对外提供服务的IP，也就是我们访问的IP称做VIP。调度器LB的任务主要是分发请求，真正处理的是真实服务器(Real Server)。

LVS的三种负载均衡模型：

为了区别这三种模型，我们可以先做一下对比

	NAT模型	DR模型	TUN模型
集群节点（rip和dip）	需要在同一个子网当中	必须在同一个物理网络当中	不需要在一个物理网络当中
rip要求	私有地址，仅用于节点之间	可以使用公网地址	一定不能是私有地址
Director处理的请求	处理入站和出站	仅处理入站	仅处理入站
Real-server的网关	要指向dip	不能指向dip，而是路由器	不能指向dip，而是路由器
端口映射	可以实现	不能实现	不能实现
Real-server服务器要求	任意操作系统	支持大多数操作系统	必须是支持隧道功能的操作系统

注：rip为real-server的IP地址，dip为director的IP地址

 

 

LVS-NAT 的数据转发流程是：Director机器收到外界请求，改写数据包的目标地址，按相应的调度算法将其发送到相应Real Server上，Real Server处理完该请求后，将结果数据包返回到其默认网关，即Director机器上，Director机器再改写数据包的源地址，最后将其返回给外界。这样就完成一次负载调度。

LVS-NAT方式负载均衡集群（图 1）

 

注：LVS-NAT集群中Real Server可以是任何的操作系统，而且无需做任何特殊的设定，惟一要做的就是将其默认网关指向Director机器。Real Server可以使用局域网 的 内 部 IP(192.168.0.0/24)。Director要有两块网卡，一块网卡绑定一个外部IP地址(10.0.0.1)，另一块网卡绑定局域网的内部IP(192.168.0.254)，作为Real Server的默认网关。

 

 

LVS-DR的数据转发流程是：Director机器收到外界请求，按相应的调度算法将其直接发送到相应Real Server，Real Server处理完该请求后，将结果数据包直接返回给客户，完成一次负载调度。

LVS-DR 方式负载均衡集群（图 2）

 

LVS-DR集群中注意Real Server的内核也必须打上修正ARP问题的内核补丁

 

 

LVS-TUN的数据转发流程是：Director机器收到外界请求，按相应的调度算法将其通过IP隧道发送到相应Real Server，Real Server处理完该请求后，将结果数据包直接返回给客户。至此完成一次负载调度。

LVS-TUN方式负载均衡集群（图 3）

 

LVS-TUN集群中注意Real Server的内核必须打上修正ARP问题的内核补丁。该方式中 Director将客户请求分配到不同的Real Server，Real Server处理请求后直接回应给用户，这样Director就只处理客户机与服务器的一半连接，极大地提高了Director的调度处理能力， 使集群系统能容纳更多的节点数。另外TUN方式中的Real Server可以在任何LAN或WAN 上运行，这样可以构筑跨地域的集群，其应对灾难的能力也更强，但是服务器需要为IP封装付出一定的资源开销，而且后端的Real Server必须是支持IP Tunneling的操作系统。

 

 

LVS的十种调度方法

轮调（RR）调度器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，每个服务器都一样多。

加权轮调（WRR） 调度器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。

目标地址Hash 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。 

源地址Hashing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。

最少链接（LC）根据RS算法将请求调度到已建立的链接数最少的服务器上。

RS=active*256+inactive=overhead  active活动连接数，inactive非活动连接数，overhead值越小则连接到谁上边

加权最少链接（WLC） 在集群系统中的服务器性能差异较大的情况下，既要根据RS算法，还要考虑服务器的性能，具有较高权值的服务器将承受较大比例的活动连接负载。

最短的期望的延迟（SED） 基于WLC，但却有所改变，依据（active+1）*256/weight=overhead，值越小，则连接到哪个服务器上。

最少队列调度（NQ）无需队列。如果有台realserver的连接数＝0就直接分配过去，不需要在进行sed运算

基于局部性的最少链接（LBLC）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。

带复制的基于局部性最少链接（LBLCR）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，LBLC算法维护从一个目标IP地址到一台服务器的映而射。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。