LVS的四种模式和十种调度算法简介

系统运维
lvs的四种模型和十种调度算法
lvs简介
lvs：linux virtual server，负载调度器，内核集成，章文嵩（花名 正明）
lvs的工作原理
vs根据请求报文的目标ip和目标协议及端口将其调度转发至某rs，根据调度算法来挑选rs
lvs集群类型的专业术语
vs：virtual server 虚拟的服务器
rs：real server(lvs) 真正提供服务的服务器
cip：client ip 客户端的ip
vip: virtual serve ip lvs服务器针对互联网的客户端设置的ip，是虚拟ip
dip: director ip 局域网内lvs服务器设置的ip
rip: real server ip 真实服务器的ip
lvs服务器，客户端访问流程图
lvs-nat模式
本质是多目标ip的dnat，通过将请求报文中的目标地址和目标端口修改为某挑出的rs的rip和port实现转发
（1）rip和dip应在同一个ip网络，且应使用私网地址；rs的网关要指向dip
（2）请求报文和响应报文都必须经由director转发，director易于成为系统瓶颈
（3）支持端口映射，可修改请求报文的目标port
（4）vs必须是linux系统，rs可以是任意os系统
lvs-nat的实现逻辑
如上图所示，客户端通过路由去访问lvs对外开放的vip，当lvs收到请求报文时，会将其拦截下来，通过自身的dip将请求报文传给其中的一台rs服务器（dip和rip需要在同一个局域网，同一个网段）。rs服务器收到请求报文后，发送响应报文通过lvs服务器发送给客户端（相当于怎么来的就怎么回去）。在用户访问的过程中，lvs服务器实际上是对vip进行了地址转换，转换成了正式服务器的ip，从而实现互相通讯。
nat模式ip包调度过程
nat模式内部的工作原理图
lvs服务器之所以能实现将发送给自己的数据包转交给其他主机，是因为lvs是潜伏在钩子函数input这里，一旦发现有用户访问的数据包通过prerouting后发送给input，lvs会将其截获下来，改变目标地址为真实服务器的地址，转而发给postrouting，从而发送给真实服务器，实现调度转发的功能。
lvs-nat模式的优缺点
1、nat技术将请求的报文和响应的报文都需要通过lvs进行地址改写，因此网站访问量比较大的时候lvs负载均衡调度器有比较大的瓶颈，一般要求最多之能10-20台节点
2、只需要在lvs上配置一个公网ip地址就可以了。（也可以通过iptables规则实现nat，这样私网地址也可以的）
3、每台内部的节点服务器的网关地址必须是调度器lb的内网地址。（如果lvs的dip和rip在同一个局域网并且在同一个网段，不需要指定网关）
4、nat模式支持对ip地址和端口进行转换。即用户请求的端口和真实服务器的端口可以不一致
lvs-dr模式（直接路由）
lvs-dr：direct routing，直接路由，lvs默认模式,应用最广泛,通过为请求报文重新封装一个mac首部进行转发，源mac是dip所在的接口mac，目标mac是某挑选出的rs的rip所在接口的mac地址；源ip/port，以及目标ip/port均保持不变
dr模型，请求报文，和响应报文走的不是同一个路径，请求报文经过lvs发送给rs，响应报文在回应的时候，不需要原路返回，它可以直接返回给客户端。
这种模型带来的最大的好处就是lvs服务i去的压力变小了。因为只有请求报文需要通过vs服务器发送给rs服务器，而rs服务器的响应报文是直接发送给客户端的，不需要经过lvs服务器。而且一般请求报文相对响应报文来说要小的多。这样就使得lvs的服务器的压力小了很多。
lvs-dr模式图解
因为rs服务器需要直接将请求报文发送给客户端，而客户端访问的ip是vip，只有来自vip的包客户端才会接收，所以我们需要在rs服务器上也配置vip。但是这样的话lvs和rs都有了一样的ip，这样就会带来地址冲突的问题。我们需要解决地址冲突的问题。
我们需要在rs上修改内核参数以限制arp通告及应答级别
/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
dr模型特点：lvs的压力小，通过改变mac地址来实现调度转发，不能映射端口号。
lvs-dr模式数据包流转的过程
lvs-tun模式
转发方式：不修改请求报文的ip首部（源ip为cip，目标ip为vip），而在原ip报文之外再封装一个ip首部（源ip是dip，目标ip是rip），将报文发往挑选出的目标rs；rs直接响应给客户端（源ip是vip，目标ip是cip）
(1) dip, vip, rip都应该是公网地址
(2) rs的网关一般不能指向dip
(3) 请求报文要经由director，但响应不经由director
(4) 不支持端口映射
(5) rs的os须支持隧道功能
lvs-tun体系结构
lvs-tun的ip包调度过程
lvs-fullnat模式
lvs-fullnat：通过同时修改请求报文的源ip地址和目标ip地址进行转发
cip –> dip
vip –> rip
(1) vip是公网地址，rip和dip是私网地址，且通常不在同一ip网络；因此，rip的网关一般不会指向dip
(2) rs收到的请求报文源地址是dip，因此，只需响应给dip；但director还要将其发往client
(3) 请求和响应报文都经由director
(4) 支持端口映射
lvs工作模式总结
lvs的十种调度模式
lvs的调度又分为静态方法和动态方法。
静态方法
静态方法：仅根据算法本身进行调度
1、rr：roundrobin，轮询，即按顺序分配请求，即使某个机器性能不好，或者宕机，也会将请求分配给这台主机
2、wrr：weighted rr，加权轮询，跟rr的区别再于它可以通过对每个rs服务器去设置权重，来实现依照服务器性能的优略分配任务，性能好的分配任务多点，性能差的分配任务少点。也会存在rr一样的缺点
3、sh：source hashing，实现session sticky，源ip地址hash；将来自于同一个ip地址的请求始终发往第一次挑中的rs，从而实现会话绑定。
4、dh：destination hashing；目标地址哈希，第一次轮询调度至rs，后续将发往同一个目标地址的请求始终转发至第一次挑中的rs，典型使用场景是正向代理缓存场景中的负载均衡，如：宽带运营商。
动态方法
动态方法：主要根据每rs当前的负载状态及调度算法进行调度overhead=value较小的rs将被调度
1、lc：least connections 适用于长连接应用
overhead=activeconns*256 inactiveconns
2、wlc：weighted lc，默认调度方法
overhead=(activeconns*256 inactiveconns)/weight3、sed：shortest expection delay,初始连接高权重优先
overhead=(activeconns 1)*256/weight
4、nq：never queue，第一轮均匀分配，后续sed
5、lblc：locality-based lc，动态的dh算法，使用场景：根据负载状态实现正向代理
6、lblcr：lblc with replication，带复制功能的lblc，解决lblc负载不均衡
问题，从负载重的复制到负载轻的rs
overhead 表示优先级、
activeconns 正处于连接的数量
inactiveconns 非活动连接的数量
weight 权重
lvs的优缺点
优点：
lvs属于内核级的功能，它的并发量是相当大的，能达到几百万的并发
缺点：
没有所谓的高可用功能，不能检查后端服务器的健康性，（后端服务器宕机了，lvs是没有办法去管理的）

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