Linux虚拟服务器-LVS-集群技术_linux lvs

一、LVS(Linux virtual server)虚拟服务器概述

LVS是Linux上一种负载均衡的软件

集群定义

集群是一组互联的计算机。集群像一个大型独立的服务器，集群配置用于提高可用性和可伸缩性

1.1 集群功能分类

LB(Load Balancing)

利用负载均衡算法处理计算能力（增加处理能力）,有一定高可用能力，但不是高可用集群，是以提高服务的并发处理能力为根本着眼点

HA(High Availability)

高可用集群（增加服务可用性）
高可用集群，是以提升服务的始终在线能力为着眼点，不会因为宕机而导致服务不能用。
衡量可用性：在线时间/（在线时间+故障处理时间）

99%：一年有三天不在线 
99.9%：一年有0.3天不在线 
99.99%：一年有0.03天不在线 
99.999%：一年有0.003天不在线 
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HPC

HPC：High performance，高性能计算集群，计算海量数据，解决复杂问题
平时所说的超级计算机就是高性能计算集群，查看每秒钟浮点运算的能力
运用到的名词：
向量机：尽可能向上进行扩展，如果CPU过多，在架构上纵然会有问题的
并行处理集群：包括两部分
1、分布式文件系统;
2、将大任务切割为小任务，分别进行处理的机制
例如hadoop就是并行处理集群

二、LVS系统结构

负载均衡器(Load Balancer)、服务器群组(Server Aarry)、共享存储(Shared Storage)

负载均衡层:

整个集群服务最前端设备，它有一个或多个调度器(Director Server)组成，LVS软件运行在调度服务器上。

调度服务器的功能:

将用户的请求，根据调度算法进行IP分流，将数据包发送到后端应用服务器上(Real Server)，如果调度服务器安装了监控模块Ldirectord，那么调度服务器会将出现故障的应用服务器标记为不可用，知道此应用服务器恢复正常。

服务器群组层:

这是由一个或者多个应用程序服务器(Real Server)组成，并且每个应用服务器提供相同的服务，调度服务器会将用户的请求定向到具体的应用服务器上，然后由后端的应用服务器响应客户端。

共享存储层:

功能只要是保证服务器群组中的应用服务器提供数据的一致性。

共享存储的实现方式:

磁盘阵列、集群文件系统(OCFS2)

LVS是linux系统上的一种机制，类似于iptables，其相关属性也是通过(ipvsadm)与iptables命令类似的方式定义的,

LVS是工作于linux系统内核空间，通过内核来提供工作，其工作空间在iptables的INPUT链上，当客户端请求到达INPUT链上以后，通过LVS规则的验证，如果是内��请求，发送至用户空间，如果发现是集群，将此请求发送至POSTROUTING链，并交给后端应用程序服务器来响应用户的请求。

注意：上面所提到LVS其实是工作在iptables的INPUT和postrouting链上的，所以在此系统上iptables和LVS不能同时存在。

三、LVS的组成

ipvsadm：用于管理集群服务的命令行工具，工作于Linux系统中的用户空间

ipvs：为lvs提供服务的内核模块，工作于内核空间 (相对于是框架，通过ipvsadm添加规则，来实现ipvs功能)

注：在linux内核2.4.23之前的内核中模块默认是不存在的，需要自己手动打补丁，然后把此模块编译进内核才可以使用此功能

3.1 LVS类型

3.1.1 LVS-NAT(Network address translation)模式

工作原理

①.客户端将请求发往前端的负载均衡器，请求报文源地址是CIP(客户端IP),后面统称为CIP)，目标地址为VIP(负载均衡器前端地址，后面统称为VIP)。

②.负载均衡器收到报文后，发现请求的是在规则里面存在的地址，那么它将客户端请求报文的目标IP地址改为了后端服务器的RIP地址并将报文根据算法发送出去。

③.报文送到Real Server后，由于报文的目标地址是自己，所以会响应该请求，并将响应报文返还给LVS。

④.然后lvs将此报文的源地址修改为本机并发送给客户端。

注意在NAT模式中，Real Server的网关必须指向LVS，否则报文无法送达客户端

3.1.2 DR直接路由模式

工作原理
①.客户端将请求发往前端的负载均衡器，请求报文源地址是CIP，目标地址为VIP。

②.负载均衡器收到报文后，发现请求的是在规则里面存在的地址，那么它将客户端请求报文的源MAC地址改为自己DIP的MAC地址，目标MAC改为了RIP的MAC地址，并将此包发送给RS。

③.RS发现请求报文中的目的MAC是自己，就会将次报文接收下来，处理完请求报文后，将响应报文通过lo接口送给eth0网卡直接发送给客户端。

特点

1，集群节点和director必须在一个物理网络内
2，RIP可以使用公网地址或私有地址
3，director仅处理入站请求，director服务器的压力比较小
4，集群节点网关不指向director，故出站不经过director
5，不支持端口映射
6，大多数操作系统可以作为realserver，要支持隔离arp广播

ARP问题

通常，DR模式需要在Real-server上配置VIP，配置的方式为：
/sbin/ifconfig lo:0 inet VIP netmask 255.255.255.255

i) 原因在于，当LVS把client的包转发给Real-server时，因为包的目的IP地址是VIP，那么如果Real-server收到这个包后，发现包的目的IP不是自己的系统IP，那么就会认为这个包不是发给自己的，就会丢弃这个包，所以需要将这个IP地址绑到网卡上；当发送应答包给client时，Real-server就会把包的源和目的地址调换，直接回复给client。

ii) 关于ARP广播：

• 上面绑定VIP的掩码是”255.255.255.255″，说明广播地址是其本身，那么他就不会将ARP发送到实际的自己该属于的广播域了，这样防止 与LVS上VIP冲突，而导致IP冲突。

• 另外在Linux的Real-server上，需要设置ARP的sysctl选项:

3.1.3 TUN-IP隧道模式

工作原理

①.客户端将请求发往前端的负载均衡器，请求报文源地址是CIP，目标地址为VIP。

②.负载均衡器收到报文后，发现请求的是在规则里面存在的地址，那么它将在客户端请求报文的首部再封装一层IP报文,将源地址改为DIP，目标地址改为RIP,并将此包发送给RS。

③.RS收到请求报文后，会首先拆开第一层封装,然后发现里面还有一层IP首部的目标地址是自己lo接口上的VIP，所以会处理次请求报文，并将响应报文通过lo接口送给eth0网卡直接发送给客户端。

四、LVS负载均衡的八种调度算法

Fixed Scheduling Method 静态调服方法
(1) .RR 轮询

Round-Robin:调度器通过"轮叫"调度算法将外部请求按顺序轮流分配到集群中的真实服务器上，它均等地对待每一台服务器，而不管服务器上实际的连接数和系统负载。

(2) .WRR 加权轮询

调度器通过"加权轮叫"调度算法,根据真实服务器的不同处理能力.来调度访问请求。这样可以保证处理能力强的服务器,处理更多的访问流量。调度器可以自动问询真实服务器的负载情况，并动态地调整其权值。

(3).DH 目标地址hash

"目标地址散列"调度算法根据请求的目标IP地址，作为散列键（Hash Key）从静态分配的散列表找出对应的服务器，若该服务器是可用的且未超载，将请求发送到该服务器，否则返回空。

(4).LC 最少连接

调度器通过"最少连接"调度算法动态地将网络请求调度到已建立的链接数最少的服务器上。如果集群系统的真实服务器具有相近的系统性能，采用"最小连接"调度算法可以较好地均衡负载。

Dynamic Scheduling Method 动态调服方法

(5).WLC 加权最少连接

在集群系统中的服务器性能差异较大的情况下，调度器采用"加权最少链接"调度算法优化负载均衡性能，具有较高权值的服务器将承受较大比例的活动连接负载。调度器可以自动问询真实服务器的负载情况，并动态地调整其权值。

(6). LBLC 基于本地的最少连接

“基于局部性的最少链接” 调度算法是针对目标IP地址的负载均衡，目前主要用于Cache集群系