LVS相关知识
2012-04-22 22:38
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LVS是一个开源的软件，由毕业于国防科技大学的章文嵩博士于1998年5月创立，可以实现LINUX平台下的简单负载均衡。LVS是Linux Virtual Server的缩写，意思是Linux虚拟服务器。它是中国向开源组织贡献的最优秀的项目之一。
LVS主要工作是在内核中完成的，其工作模式和iptables/netfilter一样。其核心组件是ipvs，ipvs是工作在内核中的处理框架，它如何工作需要我们自己定义一些集群规则。而我们又不能和内核直接打交道，所以像iptables一样，我们也有ipvsadm这样一个工作于用户空间的工具，用来与内核中的ipvs交互的。我们可以用ipvsadm来定义一些集群规则，使ipvs可以正常工作，来提供负载均衡的能力。
简单来说就是：工作在内核空间中的ipvs通过集群规则实现负载均衡功能；工作在用户空间中的ipvsadm用来定义集群规则。
注：ipvs和netfilter是不可以同时使用的。在linux-2.4.23之前是没有将LVS代码直接包含在内核中的。
基于LVS构建的负载均衡集群的一般模型如下图所示:
Director：我们称之为负载均衡器，调度器。其本质就是安装了LVS软件，用来实现负载均衡功能的虚拟服务器。它是一个前端，通过集群定义，将客户端的请求按调度方法分发到后方的realserver上。
Realserver：用来提供真正服务的服务器，比如web服务器、MySQL数据库等等。
另外，我们对于LVS架构的负载均衡集群的IP地址还有以下定义：
Client：
CIP：客户端的IP地址；
Director：
VIP：用来提供服务的IP，一般是公网地址；
DIP：用来与Realserver实现通信的IP；
Realserver：
RIP：其实就是realserver上的IP了，没什么好解释的了。
请记住这些对于IP及服务器的定义，以便理解下面内容。
LVS三种不同的类型：
1、Network address translation（LVS-NAT）：网络地址转换
工作模型：
工作流程：
客户端向Director上的用来提供服务的IP（VIP）发起服务请求。Director（一般有两块网卡）通过调度算法并通过DIP向后方的真正提供服务的集群节点（Realserver）转发客户端请求。Realserver通过RIP接收客户端请求，处理后，再通过Director的VIP响应给客户端。
工作属性：
1、所有的集群节点(Realserver)都需要和Director在同一个子网络中；
2、Realserver的网关需要指向DIP；
3、RIP使用的是私有地址，仅用于与各集群节点和DIP通信；
4、Director同时处理入站和出站请求，即客户端的请求与服务器的响应数据包都需要经过Director；
5、可以实现服务的端口映射；
6、Realserver可以使用任意的操作系统；
7、Director很容易成为负载均衡集群的瓶颈。
2、Direct routing（LVS—DR）：直接路由
工作模型：
工作流程：
客户端向Director发送服务请求，然后Director通过调度算法转发给后端的Realserver，Realserver处理后直接响应给客户端，而不必通过Director响应给客户端。当然这就需要我们在Realserver上同样配置VIP了。
工作属性：
1、集群节点（Realserver）与Director需要在同一个物理网络中；
2、RIP可以使用公网地址，且Realserver上还需要配置VIP；
3、Director仅处理入站请求；
4、Realserver直接将响应数据包响应给客户端，并且realserver的网关不能指向Director；
5、不支持端口映射；
6、Realserver可以使用大多数的操作系统；
7、LVS-DR的Director的性能要优于LVS-NAT模型中的Director。
注：Realserver需要有两块网卡，一块配置RIP，一块配置VIP。因为是要直接响应给客户端的嘛。而在一个物理网络中通信是通过mac进行通信的，而我们的Director与Realserver都配置了VIP，这就需要有一种机制来阻止Realserver响应ARP的广播请求，只让Director接收请求。
3、IP tunneling（LVS-TUN）:隧道模型
工作模型：
工作流程：
客户端向Director发起服务请求，Director利用隧道技术将请求通过调度算法转发给Realserver。Realserver直接将响应请求回应给客户端。这里需要说明的是Director与Realserver可以跨越互联网的。
工作属性：
1、集群节点（realserver）和Director不需要在一个物理网络中；
2、RIP一定不能使私有IP地址；
3、Director仅处理入站请求；
4、realserver的网关一定不能指向DIP；
5、不支持端口映射；
6、仅有那些支持IP隧道功能的操作系统才能作为realserver。
LVS Scheduling Methods LVS的调度方法：
静态调度方法：
1、Round-robin（RR）：轮叫
其实就是在Director定义一个realserver的列表，按照列表的顺序从上向下挨个分发客户端请求；
2、Weighted round-robin（WRR）：加权轮叫
这里我们假定realserver的性能各不相同，所以我们肯定想将多一点的请求分配到性能好的服务器上，这个算法就是实现这种功能的，我们可以在定义集群规则的时候将性能好的服务器的权重定义的大一些，这样性能好的服务器就可以接收到多一点的请求了。
3、Destination hashing（DH）：目标地址hash
4、Source hashing（SH）：源地址hash
动态调度方法：
1、Least-connection（LC）：最少连接
当一个新的连接请求时，Director会根据服务器的负载情况进行调度，负载情况是根据realserver的overhead的值来看的，overhead的值越小，就会将请求转发给谁。
Overhead=active*256+inactive ：active：活动的连接数；inactive：非活动连接数
2、Weighted Least-Connection（WLC）：加权最少连接
与LC相似，不过在定义集群规则的时候为realserver定义权重。Overhead的算法也有些不同：Overhead=active*256+inactive /weight。
注：这个是默认的最优调度算法；
3、Shortest Expected Delay（SED）：最少期望延迟
4、Never Queue（NQ）：永不排队
5、Locality-Based Least-Connection（LBLC）：基于本地的最少连接
6、Locality-Based Least-Connection with Replication Scheduling（LBLCR）：带复制的基于本地的最少连接
还有待修改....
LVS主要工作是在内核中完成的，其工作模式和iptables/netfilter一样。其核心组件是ipvs，ipvs是工作在内核中的处理框架，它如何工作需要我们自己定义一些集群规则。而我们又不能和内核直接打交道，所以像iptables一样，我们也有ipvsadm这样一个工作于用户空间的工具，用来与内核中的ipvs交互的。我们可以用ipvsadm来定义一些集群规则，使ipvs可以正常工作，来提供负载均衡的能力。
简单来说就是：工作在内核空间中的ipvs通过集群规则实现负载均衡功能；工作在用户空间中的ipvsadm用来定义集群规则。
注：ipvs和netfilter是不可以同时使用的。在linux-2.4.23之前是没有将LVS代码直接包含在内核中的。
基于LVS构建的负载均衡集群的一般模型如下图所示:
Director：我们称之为负载均衡器，调度器。其本质就是安装了LVS软件，用来实现负载均衡功能的虚拟服务器。它是一个前端，通过集群定义，将客户端的请求按调度方法分发到后方的realserver上。
Realserver：用来提供真正服务的服务器，比如web服务器、MySQL数据库等等。
另外，我们对于LVS架构的负载均衡集群的IP地址还有以下定义：
Client：
CIP：客户端的IP地址；
Director：
VIP：用来提供服务的IP，一般是公网地址；
DIP：用来与Realserver实现通信的IP；
Realserver：
RIP：其实就是realserver上的IP了，没什么好解释的了。
请记住这些对于IP及服务器的定义，以便理解下面内容。
LVS三种不同的类型：
1、Network address translation（LVS-NAT）：网络地址转换
工作模型：
工作流程：
客户端向Director上的用来提供服务的IP（VIP）发起服务请求。Director（一般有两块网卡）通过调度算法并通过DIP向后方的真正提供服务的集群节点（Realserver）转发客户端请求。Realserver通过RIP接收客户端请求，处理后，再通过Director的VIP响应给客户端。
工作属性：
1、所有的集群节点(Realserver)都需要和Director在同一个子网络中；
2、Realserver的网关需要指向DIP；
3、RIP使用的是私有地址，仅用于与各集群节点和DIP通信；
4、Director同时处理入站和出站请求，即客户端的请求与服务器的响应数据包都需要经过Director；
5、可以实现服务的端口映射；
6、Realserver可以使用任意的操作系统；
7、Director很容易成为负载均衡集群的瓶颈。
2、Direct routing（LVS—DR）：直接路由
工作模型：
工作流程：
客户端向Director发送服务请求，然后Director通过调度算法转发给后端的Realserver，Realserver处理后直接响应给客户端，而不必通过Director响应给客户端。当然这就需要我们在Realserver上同样配置VIP了。
工作属性：
1、集群节点（Realserver）与Director需要在同一个物理网络中；
2、RIP可以使用公网地址，且Realserver上还需要配置VIP；
3、Director仅处理入站请求；
4、Realserver直接将响应数据包响应给客户端，并且realserver的网关不能指向Director；
5、不支持端口映射；
6、Realserver可以使用大多数的操作系统；
7、LVS-DR的Director的性能要优于LVS-NAT模型中的Director。
注：Realserver需要有两块网卡，一块配置RIP，一块配置VIP。因为是要直接响应给客户端的嘛。而在一个物理网络中通信是通过mac进行通信的，而我们的Director与Realserver都配置了VIP，这就需要有一种机制来阻止Realserver响应ARP的广播请求，只让Director接收请求。
3、IP tunneling（LVS-TUN）:隧道模型
工作模型：
工作流程：
客户端向Director发起服务请求，Director利用隧道技术将请求通过调度算法转发给Realserver。Realserver直接将响应请求回应给客户端。这里需要说明的是Director与Realserver可以跨越互联网的。
工作属性：
1、集群节点（realserver）和Director不需要在一个物理网络中；
2、RIP一定不能使私有IP地址；
3、Director仅处理入站请求；
4、realserver的网关一定不能指向DIP；
5、不支持端口映射；
6、仅有那些支持IP隧道功能的操作系统才能作为realserver。
LVS Scheduling Methods LVS的调度方法：
静态调度方法：
1、Round-robin（RR）：轮叫
其实就是在Director定义一个realserver的列表，按照列表的顺序从上向下挨个分发客户端请求；
2、Weighted round-robin（WRR）：加权轮叫
这里我们假定realserver的性能各不相同，所以我们肯定想将多一点的请求分配到性能好的服务器上，这个算法就是实现这种功能的，我们可以在定义集群规则的时候将性能好的服务器的权重定义的大一些，这样性能好的服务器就可以接收到多一点的请求了。
3、Destination hashing（DH）：目标地址hash
4、Source hashing（SH）：源地址hash
动态调度方法：
1、Least-connection（LC）：最少连接
当一个新的连接请求时，Director会根据服务器的负载情况进行调度，负载情况是根据realserver的overhead的值来看的，overhead的值越小，就会将请求转发给谁。
Overhead=active*256+inactive ：active：活动的连接数；inactive：非活动连接数
2、Weighted Least-Connection（WLC）：加权最少连接
与LC相似，不过在定义集群规则的时候为realserver定义权重。Overhead的算法也有些不同：Overhead=active*256+inactive /weight。
注：这个是默认的最优调度算法；
3、Shortest Expected Delay（SED）：最少期望延迟
4、Never Queue（NQ）：永不排队
5、Locality-Based Least-Connection（LBLC）：基于本地的最少连接
6、Locality-Based Least-Connection with Replication Scheduling（LBLCR）：带复制的基于本地的最少连接
还有待修改....
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