Lvs通俗易懂的总结

Lvs通俗易懂的总结

• Lvs是什么
  三种模式

• 负载调度算法

• Lvs/nat 

• Lvs/tun

• Lvs/dr

• 三种模式比较

• 参考资料

Lvs是什么：

LVS的全称Linux vitual system,是由目前阿里巴巴的著名工程师章文嵩博士开发的一款开源软件。LVS工作在一台server上提供Directory(负载均衡器)的功能，本身并不提供服务，只是把特定的请求转发给对应的realserver(真正提供服务的主机)，从而实现集群环境中的负载均衡。LVS的核心组件ipvs工作在kernel中，是真正的用于实现根据定义的集群转发规则把客户端的请求转发到特定的realserver。而另一个组件ipvsadm是工作在用户空间的一个让用户定义ipvs规则的工具。故我们只要在server上装了ipvsadm软件包就可以定义ipvs规则，而在linux kernel的2.6版本之后kernel是直接支持ipvs的。(lvs和haporxy 工作在四层)。

三种模式：

A,通过nat实现虚拟服务器（vs/NAT）.

B,通过ip隧道实现虚拟服务器（vs/TUN）.

C,通过直接路由实现虚拟服务器（vs/DR）. 默认模式

负载调度算法：

负载调度（schedulers）：

　　负载调度器上的负载调度策略和算法,如何将请求流调度到各台服务器,使得各台服务器尽可能地保持负载均衡。主要由两个部分组成:

　　第一部分描述 IP 负载均衡软件 IPVS 在内核中所实现的各种连接调度算法;

　　第二部分给出一个动态反馈负载均衡算法(Dynamic-feedback load balancing),它结合内核中的加权连接调度算法,根据动态反馈回来的负载信息来调整服务器的权值,来进一步避免服务器间的负载不平衡。

在内核中的连接调度算法上,IPVS 已实现了以下十种调度算法:

rr|wrr|lc|wlc|lblc|lblcr|dh|sh|sed|nq

轮叫调度(Round-Robin Scheduling)

加权轮叫调度(Weighted Round-Robin Scheduling)

最小连接调度(Least-Connection Scheduling)

加权最小连接调度(Weighted Least-Connection Scheduling)

基于局部性的最少链接(Locality-Based Least Connections Scheduling)

带复制的基于局部性最少链接(Locality-Based Least Connections with Replication Scheduling)

目标地址散列调度(Destination Hashing Scheduling)

源地址散列调度(Source Hashing Scheduling)

最短预期延时调度(Shortest Expected Delay Scheduling)

不排队调度(Never Queue Scheduling)

动态反馈负载均衡算法：

动态反馈负载均衡算法考虑服务器的实时负载和响应情况,不断调整服务器间处理请求的比例,来避免有些服务器超载时依然收到大量请求,从而提高整个系统的吞吐率。在负载调度器上运行 Monitor Daemon 进程, Monitor Daemon 来监视和收集各个服务器的负载信息。 Monitor Daemon可根据多个负载信息算出一个综合负载值。Monitor Daemon 将各个服务器的综合负载值和当前权值算出一组新的权值,若新权值和当前权值的差值大于设定的阀值,Monitor Daemon 将该服务器的权值设置到内核中的IPVS 调度中,而在内核中连接调度一般采用加权轮叫调度算法或者加权最小连接调度算法

Lvs/NAT:

Lvs/NAT工作流程：客户通过 Virtual IP Address(虚拟服务的 IP 地址)访问网络服务时,请求报文到达调度器,调度器根据连接调度算法从一组真实服务器(real server)中选出一台服务器,将报文的目标地址 Virtual IP Address 改写成选定服务器的地址,报文的目标端口改写成选定服务器的相应端口,最后将修改后的报文发送给选出的服务器。同时,调度器在连接 Hash 表中记录这个连接,当这个连接的下一个报文到达时,从连接 Hash 表中可以得到原选定服务器的地址和端口,进行同样的改写操作,并将报文传给原选定的服务器。当来自真实服务器的响应报文经过调度器时,调度器将报文的源地址和源端口改为 Virtual IP Address 和相应的端口,再把报文发给用户。

这样,客户所看到的只是在 Virtual IP Address 上提供的服务,而服务器集群的结构对用户是不可见的。

Lvs/TUN:

在 VS/NAT 的集群系统中,请求和响应的数据报文都需要通过负载调度器,当真实服务器的数目在 10 台和 20 台之间时,负载调度器将成为整个集群系统的新瓶颈。大多数 Internet 服务都有这样的特点:请求报文较短而响应报文往往包含大量的数据。如果能将请求和响应分开处理,即在负载调度器中只负责调度请求而响应直接返回给客户,将极大地提高整个集群系统的吞吐量.

IP 隧道(IP tunneling)是将一个 IP 报文封装在另一个 IP 报文的技术,这可以使得目标为一个 IP 地址的数据报文能被封装和转发到另一个 IP 地址。IP 隧道技术亦称为 IP 封装技术(IP encapsulation)。IP 隧道主要用于移动主机和虚拟私有网络(Virtual Private Network),在其中隧道都是静态建立的,隧道一端有一个 IP 地址,另一端也有唯一的 IP 地址。

  VS/TUN 的工作流程:它的连接调度和管理与 VS/NAT 中的一样,只是它的报文转发方法不同。调度器根据各个服务器的负载情况,动态地选择一台服务器,将请求报文封装在另一个 IP 报文中,再将封装后的 IP 报文转发给选出的服务器;服务器收到报文后,先将报文解封获得原来目标地址为 VIP 的报文,服务器发现 VIP 地址被配置在本地的 IP 隧道设备上,所以就处理这个请求,然后根据路由表将响应报文直接返回给客户。

Lvs/DR:

跟 VS/TUN 方法相同,VS/DR 利用大多数 Internet 服务的非对称特点,负载调度器中只负责调度请求,而真实服务器直接将响应返回给客户,可以极大地提高整个集群系统的吞吐量。

  VS/DR 的体系结构:调度器和服务器组都必须在物理上有一个网卡通过不分段的局域网相连,即通过交换机或者高速的 HUB 相连,中间没有隔有路由器。VIP 地址为调度器和服务器组共享,调度器配置的 VIP 地址是对外可见的,用于接收虚拟服务的请求报文;所有的服务器把 VIP 地址配置在各自的Non-ARP 网络设备上,它对外面是不可见的,只是用于处理目标地址为 VIP 的网络请求。

  VS/DR 的工作流程:它的连接调度和管理与 VS/NAT 和 VS/TUN 中的一样,它的报文转发方法又有不同,将报文直接路由给目标服务器。在 VS/DR 中,调度器根据各个服务器的负载情况,动态地选择一台服务器,不修改也不封装 IP 报文,而是将数据帧的 MAC 地址改为选出服务器的 MAC 地址,再将修改后的数据帧在与服务器组的局域网上发送。因为数据帧的 MAC 地址是选出的服务器,所以服务器肯定可以收到这个数据帧,从中可以获得该 IP 报文。当服务器发现报文的目标地址 VIP 是在本地的网络设备上,服务器处理这个报文,然后根据路由表将响应报文直接返回给客户.

三种模式比较：

三种 IP 负载均衡技术的优缺点归纳在下表中:

VS/NAT VS/TUN VS/DR

服务器 any Tunneling Non-arp device

服务器网络　 private LAN/WAN LAN

Realserver数量 low (10~20) High (100) High (100)

Realserver网关 load balancer own router Own router

注:以上三种方法所能支持最大服务器数目的估计是假设调度器使用 100M 网卡,调度器的硬件配置与

后端服务器的硬件配置相同,而且是对一般 Web 服务。使用更高的硬件配置(如千兆网卡和更快的处理器)

作为调度器,调度器所能调度的服务器数量会相应增加。当应用不同时,服务器的数目也会相应地改变。所

以,以上数据估计主要是为三种方法的伸缩性进行量化比较。

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参考资料：

http://zh.linuxvirtualserver.org

http://www.linuxvirtualserver.org/Documents.html

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