LVS，即Linux Virtual Server的簡寫，是目前非常流行的一款實現負載均衡集群的軟件。該項目在1998年5月由章文嵩博士成立，是中國國內最早出現的自由軟件項目之一。LVS官網http://www.linuxvirtualserver.org/。

1、LVS體系架構

LVS負載均衡集群由三部分組成：最前端的負載均衡層，即Load Balancer；中間的服務器群組層，即Server Array；最后端的數據共享存儲層，即Shared Storage。在用戶看來，所有的內部應用都是透明的，用戶只是在使用一個虛擬服務器提供的高性能服務。

• Load Balancer：位于整個集群的最前端，由一臺或多臺負載調度器（Director Server）組成，LVS模塊就安裝在Director Server上，Director Server的作用類似于一個路由器，它含有完成LVS功能所需要的路由表，通過這些路由表把用戶的請求分發給Server Array的應用服務器（Real Server）。同時，在Director Server上還要安裝監控模塊Ldirectord，用于監控后端Real Server的健康狀況，在Real Server不可用時將其從LVS的路由表中剔除，恢復時重新加入；Director Server是整個LVS的核心，操作系統只支持Linux或FreeBSD，Linux從2.6內核起不用重新編譯就可以支持LVS功能
• Server Array：由一組實際運行的應用服務器（Real Server）組成，每個Real Server之間通過高速的LAN或分布在各地的WAN相連，在實際應用中Director Server也可以同時兼任Real Server的角色；對于Real Server，可以是任意平臺的操作系統，如Linux、Windows、AIX等
• Shared Storage：為所有的Real Server提供共享存儲空間和內容一致性的存儲區域。在物理上，一般由磁盤陣列設備組成；為了提供內容的一致性，一般可以通過NFS進行數據共享，但NFS在繁忙的業務系統中性能并不是很好，此時可以采用集群文件系統，如RedHat的GFS、Oracle的OCFS2等

整個架構具體如下圖所示：

2、LVS IP負載均衡機制的實現

負載均衡技術有多種實現方案，如基于DNS域名輪流解析的方法、基于客戶端調度訪問的方法、基于應用層系統負載的調度方法、基于IP地址的調度方法。在這些調度方法中，基于IP地址的方法是執行效率最高的。

LVS的IP負載均衡技術是通過IPVS模塊來實現的，IPVS是LVS的核心模塊。

在LVS中，訪問請求首先經過VIP到達負載均衡調度器，然后由負載均衡調度器從Real Server列表中選取一個Real Server響應用戶的請求。Real Server如何將請求的數據返回給用戶，是IPVS實現的重點，IPVS實現負載均衡的機制有以下幾種：

2.1、DR模式

DR即Virtual Server via Direct Routing，使用直接路由技術實現虛擬服務器。VS/DR通過改寫請求報文的MAC地址，將請求發送到Real Server，而Real Server將響應直接返回給客戶端。這種調度方式的性能是最好的。DR模式架構如下圖所示：

• DR模式是通過在負載均衡調度器LB上修改數據包的目的MAC地址實現轉發。因此數據包來源地址保持不變，目的地址仍然是VIP
• 請求的報文經過LB，而后端RS響應處理后的報文無需經過LB，因此并發訪問量大時效率很高（與NAT模式相比）
• 因為DR模式通過MAC地址改寫機制實現轉發，因此所有RS和LB只能在一個局域網中
• RS上需要綁定VIP地址到lo接口上，并且需要配置ARP抑制
• RS的默認網關不需要配置成LB，而是直接配置為上層路由網關，只要能讓RS直接與客戶端通訊即可
• 由于DR模式的LB僅作MAC地址改寫，所以LB就不能改寫目標端口，那么RS就能使用和VIP相同的端口提供服務

2.2、NAT/FULL NAT模式

NAT，即Virtual Server via Network Address Translation，使用網絡地址翻譯技術實現虛擬服務器。當用戶的請求到達LB時，LB將請求報文的目的地址改成選定的RS地址，同時將報文的目標端口也改成選定的RS的相應端口；RS將返回的數據提交給LB，LB再將報文源地址和源端口修改成VIP和相應的端口后將數據返回給用戶，完成整個負載調度過程。NAT/FULL NAT模式架構如下圖所示：

• NAT模式不需要LB和RS在同一個網段
• NAT模式將請求的報文和響應的報文都經過LB進行轉發和地址改寫，因此訪問量大時，LB有較大的瓶頸，一般一臺LB最多只能帶10-20臺RS
• 只需要在LB上配置一個公網IP即可
• 每臺RS的網關地址必須是LB的IP
• 支持IP地址和端口的轉換，即前端LB和后端RS提供服務的端口可以不一致
• LB節點上必須開啟數據轉發功能，否則返回的數據無法到達客戶端。在Linux下使用以下方法打開數據轉發功能 # 在/etc/sysctl.conf中添加以下內容 net.ipv4.ip_forward = 1 # 值為0表示不開啟轉發功能，1表示開啟轉發功能 # 修改完成后執行以下命令使配置生效 sysctl -p

FULL NAT與NAT的區別

FULL NAT與NAT的區別主要在對報文的處理方面：

• FULL NAT在客戶端請求VIP時，不僅替換了報文中的目的IP，還替換了源IP；VIP返回給客戶端時也替換了源IP
• FULL NAT因為要替換源IP所以性能比NAT下降10%

2.3、TUN模式

TUN，即Virtual Server via IP Tunneling，通過IP隧道技術實現虛擬服務器。LB采用IP隧道技術將用戶的請求轉發到某個RS，RS直接將數據返回給用戶，不需要再經過LB。在TUN模式中，LB與RS不需要在同一個網段；同時LB只處理用戶請求報文，使得集群吞吐量大大提高。TUN模式架構如下圖所示：

• TUN模式中LB和RS之間的傳輸不需要修改報文，而是通過單獨建立的IP隧道傳輸
• TUN模式必須在所有的RS上綁定VIP
• TUN模式使用IP隧道，在增加了運維方面的難度

3、LVS的負載調度算法

LVS的負載調度算法可以分為靜態和動態兩種。靜態算法是僅根據算法進行調度，而不考慮后端RS的實際連接和負載情況；動態算法可以根據后端RS的實際連接和負載來進行請求調度。

靜態算法有四種，分別是RR、WRR、DH和SH。

• RR輪詢算法：LB將請求按照順序輪流分配到后端RS，它均等對待后端每一臺RS，適用于后端RS節點處理性能差不多的場景
• WRR加權輪詢算法：LB根據RS的權重分配任務
• DH目的地址哈希調度算法：以目的IP地址為關鍵字查找一個靜態哈希表來獲取需要的RS
• SH源地址哈希調度算法：以源IP地址為關鍵字查找一個靜態哈希表來獲取需要的RS

動態算法有六種，分別是LC、WLC、SED、NQ、LBLC和LBLCR

• LC最少連接算法：LB將請求動態的調度到已建立連接最少的后端RS上。在后端RS性能相近的情況下適用該算法可以較好的平衡負載
• WLC加權最少連接算法：在LC的基礎上根據權重來將請求動態的調度到后端的RS上，用于在后端RS性能相差較大的環境中
• SED最短延遲調度算法：基于WLC算法。如果ABC三臺RS的權重分別為1、2、3，則使用SED時會進行以下計算，A - （1+1）/1；B - （2+1）/2；C - （3+1）/3，LB會將請求交給運算結果最小的RS
• NQ永不排隊/最少隊列算法：無需排隊，如果有RS的連接數為0則直接將請求調度給該RS而不進行SED計算
• LBLC基于地址的最小連接數調度算法：將來自同一個目的IP地址的請求分配給同一臺RS，如果該RS的負載已滿，則將請求分配給連接數最小的RS，并將該RS做為下一次分配的首選RS
• LBLCR帶復制的基于地址的最小連接數調度算法：與LBLC不同的是，該算法維護的是從同一個目的IP地址到一組RS的映射，請求的RS會從該組RS中選擇得出

常用服務	調度算法
Web、mali、MySQL	RR、WLC、WRR
web cache、DB cache	LBLC、LBLCR
防火墻集群	SH、DH

轉載于:https://www.cnblogs.com/yu2006070-01/p/10391475.html

總結

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