站長資訊網一、負載均衡LVS基本介紹
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LVS是 Linux Virtual Server 的簡稱，也就是Linux虛擬服務器。這是一個由章文嵩博士發(fā)起的一個開源項目，它的官方網站是 http://www.linuxvirtualserver.org。
- LVS是Linux內核標準的一部分。LVS是一個實現負載均衡集群的開源軟件項目，通過 LVS 的負載均衡技術和 Linux操作系統可以實現一個高性能高可用的 Linux 服務器集群，它具有良好的可靠性、可擴展性和可操作性。
- LVS架構從邏輯上可分為調度層、Server集群層和共享存儲。LVS實際上相當于基于IP地址的虛擬化應用。
二、LVS的組成
LVS 由2部分程序組成，包括 ipvs 和 ipvsadm。
- ipvs(ip virtual server)：工作在內核空間，是真正生效實現調度的代碼。
- ipvsadm：工作在用戶空間，負責為ipvs內核框架編寫規(guī)則，定義誰是集群服務，而誰是后端真實的服務器(Real Server)
三、LVS相關術語
- DS：Director Server, 指的是前端負載均衡器節(jié)點。
- RS：Real Server, 后端真實的工作服務器。
- VIP：向外部直接面向用戶請求，作為用戶請求的目標的IP地址。
- DIP：Director Server IP, 前端負載均衡器IP地址，主要用于和內部主機通信。
- RIP：Real Server IP, 后端服務器的IP地址。
- CIP：Client IP, 訪問客戶端的IP地址
四、LVS的工作模式介紹
LVS負載均衡常見的有三種工作模式，分別是地址轉換（簡稱NAT模式）、IP隧道（簡稱TUN模式）和直接路由（簡稱DR模式），其實企業(yè)中最常用的是 DR 實現方式，而 NAT 配置上比較簡單和方便，下面總結 DR 和 NAT 原理和特點：
1. LVS-NAT模式
(1) LVS-NAT原理
類似于防火墻的私有網絡結構，Director Server作為所有服務器節(jié)點的網關，，即作為客戶端的訪問入口，也是各節(jié)點回應客戶端的訪問出口，其外網地址作為整個群集的VIP地址，其內網地址與后端服務器Real Server在同一個物理網絡，Real Server必須使用私有IP地址。
數據包流向分析
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用戶發(fā)送請求到Director Server,請求的數據報文（源IP是CIP,目標IP是VIP）到達內核空間。
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內核空間判斷數據包的目標IP是本機，此時IPVS比對數據包請求的服務是否為集群服務，若是，修改數據包的目標IP地址為后端服務器IP，重新封裝數據包（源IP為CIP，目標IP為RIP），然后選路將數據包發(fā)送給Real Server。
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Real Server比對發(fā)現目標IP是本機的IP，重新封裝報文（源IP為RIP，目標IP為CIP）發(fā)回給Director Server。
- Director Server重新封裝數據包，將源IP地址修改為自己的VIP地址，然后響應給客戶端。 此時報文的源IP為VIP，目標IP為CIP。
(2) LVS-NAT模型的特點
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RS必須使用私有IP地址，網關指向DIP。
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DIP與RIP必須在同一網段內。
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DS作為所有服務器節(jié)點的網關，也就是說請求和響應報文都需要經過Director Server。
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支持端口映射
- 高負載場景中，Director Server壓力比較大，易成為性能瓶頸。
2. LVS-DR模式
(1) LVS-DR原理
Director Server作為群集的訪問入口，但不作為網關使用，后端服務器池中的Real Server與Director Server在同一個物理網絡中，發(fā)送給客戶機的數據包不需要經過Director Server。為了響應對整個群集的訪問，DS與RS都需要配置有VIP地址。
數據包流向分析
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用戶發(fā)送請求到Director Server,請求的數據報文（源IP是CIP,目標IP是VIP）到達內核空間。
- 由于DS和RS在同一個網絡中，所以是通過二層數據鏈路層來傳輸。
- 內核空間判斷數據包的目標IP是本機IP，此時IPVS比對數據包請求的服務是否為集群服務，若是，重新封裝數據包，修改源MAC地址為DIP的MAC地址，目標MAC地址為RIP的MAC地址，源IP地址與目標IP地址沒有改變，然后將數據包發(fā)送給Real Server.
- RS發(fā)現請求報文的MAC地址是自己的MAC地址，就接收此報文，重新封裝報文(源IP地址為VIP，目標IP為CIP),將響應報文通過lo接口傳送給eth0網卡然后向外發(fā)出。
- RS直接將響應報文傳送到客戶端。
(2) LVS-DR模型的特點
- RS和DS必須在同一個物理網絡中。
- RS可以使用私有地址，也可以使用公網地址，如果使用公網地址，可以通過互聯網對RIP進行直接訪問。
- 所有的請求報文經由Director。 Server，但響應報文必須不能經過Director Server。
- RS的網關絕不允許指向DIP(不允許數據包經過director)。
- RS上的lo接口配置VIP的IP地址。
LVS-DR模式需要注意的是：
保證前端路由將目標地址為VIP報文統統發(fā)給Director Server，而不是RS。
解決方案是：修改RS上內核參數（arp_ignore和arp_announce）將RS上的VIP配置在lo接口的別名上，并限制其不能響應對VIP地址解析請求。
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arp_ignore=1表示系統只響應目的IP為本地IP的ARP請求。
- arp_announce=2表示系統不使用IP包的源地址來設置ARP請求的源地址，而選擇發(fā)送接口的IP地址。
五、LVS的負載調度算法
最常用的有四種；輪詢（rr）、加權輪詢(wrr)、最少連接(lc)和加權最少連接(wlc)。
- 輪詢（rr）：將收到的訪問請求按照順序輪流調度到不同的服務器上，不管后端真實服務器的實際連接數和系統負載。
- 加權輪詢（wrr）：給RS設置權重，權重越高，那么分發(fā)的請求數越多，權重的取值范圍0–100。根據每臺服務器的性能，給每臺服務器添加權值，如果RS1的權值為1，RS2的權值為2，那么調度到RS2的請求會是RS1的2倍。權值越高的服務器，處理的請求越多。這種算法是對rr算法的一種優(yōu)化和補充。
- 最少連接（lc）：根據后端RS的連接數來決定把請求分發(fā)給誰，比RS1連接數比RS2連接數少，那么請求就優(yōu)先發(fā)給RS1。
- 加權最少連接（wlc）:根據后端RS的權重和連接數來決定把請求分發(fā)給誰，權重較高，連接數少的RS會優(yōu)先處理請求。
六、LVS的共享存儲服務器
為后端真實服務器提供穩(wěn)定、一致的文件存取服務，在Linux/Unix環(huán)境中，共享存儲可以使用NAS設備或者提供NFS（網絡文件系統）共享服務的專用服務器。一般放在私有網絡中。
