LVS工作原理介绍

          LVS是Linux Virtual Server的缩写，简称Linux虚拟服务器，是一个开源的软件，通过LVS达到的负载均衡技术和Linux操作系统实现一个高性能高可用的Linux服务器群集，它具有良好的可靠性，可拓展性和可操作性。从而以低廉的成本实现最优的性能。

下面介绍LVS：

一、关于LVS的IP

二、IPVS实现负载均衡的三种方式

三、LVS的十种调度算法

四、ipvsadm的用法

 

一、关于LVS的IP

CIP: 客户端的ip地址
VIP:在Director上配置，用户通过这个ip地址访问该服务器，一般称作虚拟ip
DIP:Director的ip，用于Director跟real server通信用的ip
RIP:Real Server的ip（后台真正提供服务的服务器所使用的IP地址）
 

二、IPVS实现负载均衡的三种方式

lvs NAT 地址转换：

1、Director和real server必须要在同一个网段中
2、RIP通常是私有地址
3、进站和出站的数据包必须经过Director
4、Real Server 网关必须指向DIP
5、VIP和RIP的端口可以不同，所以说支持端口映射
6、任何类型的操作系统可以成为real Server均可
注意：DNAT的源地址是不会改变的，只会改变目标地址
缺点：所有的用户的请求和服务响应都必须要经过Director，所以说Director会成为瓶劲。

lvs DR 直接路由

1、所有节点必须要在同一个物理网络中
2、RIP可以是私用地址也可以是公网地址，不支持端口映射
3、Director仅处理入站请求，出站不经过Director
4、Real Server一定不能把网关指向Director
注意：这种方式的最大不同就是报文转发不同，DR通过改写请求报文的MAC地址发送到Real Server,Real Server将响应直接返回给客户端

DR模型方式最常用的

下面介绍简单原理过程：

简单理解DR模型原理：客户端请求，经过路由器，路由器根据客户端的请求目标地址vip对应的mac地址，路由器进行arp广播，arp的广播所有的主机都会收到，但是我们必须要把这个广播让Director进行响应,原因就是实现负载均衡，进站的时候Real Server的VIP不给出响应因为它的VIP是配置在lo回环接口，禁止arp广播的，实现的方法最主要有三种：第一、在路由器上直接绑定vip的对应MAC地址。第二、直接在红帽系统中自带的arptables进行设置，但是不是所有的系统都有这个机制。第三、所有我们有一种通用的方法，直接修改内核的两个参数。

两个内核参数：arp_announce 和arp_ignore应用于arp协议站
默认值是0
arp_ignore的值介绍：
0 - (默认值): 回应任何网络接口上对任何本地IP地址的arp查询请求
1 - 只回答目标IP地址是来访网络接口本地地址的ARP查询请求
2 -只回答目标IP地址是来访网络接口本地地址的ARP查询请求,且来访IP必须在该网络接口的子网段内
3 - 不回应该网络界面的arp请求，而只对设置的唯一和连接地址做出回应
4-7 - 保留未使用
8 -不回应所有（本地地址）的arp查询

arp_announce的值介绍：
0 - (默认) 在任意网络接口（eth0,eth1，lo）上的任何本地地址
1 -尽量避免不在该网络接口子网段的本地地址做出arp回应. 当发起ARP请求的源IP地址是被设置应该经由路由达到此网络接口的时候很有用.
此时会检查来访IP是否为所有接口上的子网段内ip之一.如果改来访IP不属于各个网络接口上的子网段内,那么将采用级别2的方式来进行处理.
2 - 对查询目标使用最适当的本地地址.在此模式下将忽略这个IP数据包的源地址并尝试选择与能与该地址通信的本地地址.首要是选择所有的网络接口的子网中外出访问子网中包含该目标IP地址的本地地址. 如果没有合适的地址被发现,将选择当前的发送网络接口或其他的有可能接受到该ARP回应的网络接口来进行发送.

一般设置成：

echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce

 

lvs TUN 隧道

1、RIP必须是公网地址
2、Director只处理入站请求，Real Server直接响应给客户端
3、不支持端口映射
4、所有的群集点可以不在同一地方,不同的网段

 

 三、LVS的十种调度算法

静态算法：
 1、轮叫调度（Round Robin）(简称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
 2、加权轮叫（Weighted Round Robin）（简称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能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。
 3、目标地址散列（Destination Hashing）(简称DH)只应用到缓存服务器
   “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。
 4、源地址散列（Source Hashing）(简称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。

动态算法：
5、最少链接（Least Connections）(简称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。
active*256+inactive
6、加权最少链接（Weighted Least Connections）(简称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。
7、最短的期望的延迟（Shortest Expected Delay Scheduling SED）(简称SED)
基于wlc算法。这个必须举例来说了ABC三台机器分别权重123 ，连接数也分别是123。那么如果使用WLC算法的话一个新请求进入时它可能会分给ABC中的任意一个。使用sed算法后会进行这样一个运算
A(1+1)/1
B(1+2)/2
C(1+3)/3
根据运算结果，把连接交给C 。
8、最少队列调度（Never Queue Scheduling NQ）(简称NQ)适用于非活动连接
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
9、带复制的基于局部性最少链接（Locality-Based Least Connections with Replication）(简称LBLCR)适用于缓存服务器
“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

10、基于局部性的最少链接（Locality-Based Least Connections）(简称LBLC)适用于缓存服务器
“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。

四、ipvsadm的用法

 1.定义集群服务

    ipvsadmin -A|E -t|u|f VIP:port -s 调度算法[默认WLC]

    ipvsadm -D -t|u VIP:port

        -A：定义一个集群的IP

        -E：修改一个集群的IP       

        -D：删除一个集群的IP        

         -t :  tcp的服务

         -u:  udp的服务

        -f：基于防火墙的服务

        -s：指定调度算法 [默认WLC]

    2.定义Realserver

    ipvsadm -a|e -t|u VIP:port -r REALSERVER[:port] [-g|i|m] [-w weight]

    ipvsadm  -d    -t|u VIP:port -r REALSERVER

        -a|e：添加或者修改real server

        -w：指定权重

        -g|i|m：定义三种模型

            g：DR模型

            i：TUN模型

            m：NAT模型   

3、查看定义信息

    -C：用于清空规则

    -S：保存规则到某个文件

    -R： 从某个文件恢复规则

    -L|l：用于实现查看

    -n：查看用数字的方式显示地址

    --stats：显示统计的数据信息

    --rate：显示统计数据的速率

    -Z：清空计数器

4、保存所定义的服务规则：
 -S 保存服务和RS的定义至某文件中 ------相同于:ipvsadm-save > /path/to/file
 -R 将保存至文件中的服务及RS定义应用起来------相同于：ipvsadm-restore < /path/to/file

 更详细的用法：man ipvsadm

 

最后补充知识点：从Linux内核版本2.6起，ip_vs code已经被整合进了内核中，因此，只要在编译内核的时候选择了ipvs的功能，您的Linux即能支持LVS。
Linux 2.4.23以后的内核版本也整合了ip_vs code，但如果是更旧的内核版本，您得自己手动将ip_vs code整合进内核原码中，并重新编译内核方可使用lvs。