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LVS是什么?

LVS，全稱Linux Virtual Server，是國(guó)人章文嵩發(fā)起的一個(gè)開源項(xiàng)目。
在社區(qū)具有很大的熱度，是一個(gè)基于四層、具有強(qiáng)大性能的反向代理服務(wù)器。
早期使用lvs需要修改內(nèi)核才能使用，但是由于性能優(yōu)異，現(xiàn)在已經(jīng)被收入內(nèi)核。

LVS通過(guò)工作于內(nèi)核的ipvs模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)功能，其主要工作于netfilter 的INPUT鏈上。
而用戶需要對(duì)ipvs進(jìn)行操作配置則需要使用ipvsadm這個(gè)工具。
ipvsadm主要用于設(shè)置lvs模型、調(diào)度方式以及指定后端主機(jī)。

LVS中的角色

LVS的一些相關(guān)術(shù)語(yǔ)

LVS的模型中有兩個(gè)角色：
調(diào)度器:Director，又稱為Dispatcher，Balancer
調(diào)度器主要用于接受用戶請(qǐng)求。
真實(shí)主機(jī):Real Server，簡(jiǎn)稱為RS。
用于真正處理用戶的請(qǐng)求。

而為了更好地理解，我們將所在角色的IP地址分為以下三種：
Director Virtual IP:調(diào)度器用于與客戶端通信的IP地址，簡(jiǎn)稱為VIP
Director IP:調(diào)度器用于與RealServer通信的IP地址，簡(jiǎn)稱為DIP。
Real Server : 后端主機(jī)的用于與調(diào)度器通信的IP地址，簡(jiǎn)稱為RIP。

基本模型

LVS的三種調(diào)度模式

LVS-NAT`Network Address Transform`

示意圖和調(diào)度步驟

LVS-NAT

原理：

基于ip偽裝MASQUERADES，原理是多目標(biāo)DNAT。
所以請(qǐng)求和響應(yīng)都經(jīng)由Director調(diào)度器。

LVS-NAT的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

支持端口映射
RS可以使用任意操作系統(tǒng)
節(jié)省公有IP地址。
RIP和DIP都應(yīng)該使用同一網(wǎng)段私有地址，而且RS的網(wǎng)關(guān)要指向DIP。
使用nat另外一個(gè)好處就是后端的主機(jī)相對(duì)比較安全。

缺點(diǎn)：

請(qǐng)求和響應(yīng)報(bào)文都要經(jīng)過(guò)Director轉(zhuǎn)發(fā);極高負(fù)載時(shí)，Director可能成為系統(tǒng)瓶頸。
就是效率低的意思。

LVS-TUN`IP Tuneling`

示意圖和調(diào)度步驟

LVS-TUN

原理：

基于隧道封裝技術(shù)。在IP報(bào)文的外面再包一層IP報(bào)文。
當(dāng)Director接收到請(qǐng)求的時(shí)候，選舉出調(diào)度的RealServer
當(dāng)接受到從Director而來(lái)的請(qǐng)求時(shí)，RealServer則會(huì)使用lo接口上的VIP直接響應(yīng)CIP。
這樣CIP請(qǐng)求VIP的資源，收到的也是VIP響應(yīng)。

LVS-TUN的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

RIP,VIP,DIP都應(yīng)該使用公網(wǎng)地址，且RS網(wǎng)關(guān)不指向DIP;
只接受進(jìn)站請(qǐng)求，解決了LVS-NAT時(shí)的問(wèn)題，減少負(fù)載。
請(qǐng)求報(bào)文經(jīng)由Director調(diào)度，但是響應(yīng)報(bào)文不需經(jīng)由Director。

缺點(diǎn)：

不指向Director所以不支持端口映射。
RS的OS必須支持隧道功能。
隧道技術(shù)會(huì)額外花費(fèi)性能，增大開銷。

LVS-DR`Direct Routing`

示意圖和調(diào)度步驟

LVS-DR

原理

當(dāng)Director接收到請(qǐng)求之后，通過(guò)調(diào)度方法選舉出RealServer。
講目標(biāo)地址的MAC地址改為RealServer的MAC地址。
RealServer接受到轉(zhuǎn)發(fā)而來(lái)的請(qǐng)求，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)地址是VIP。RealServer配置在lo接口上。
處理請(qǐng)求之后則使用lo接口上的VIP響應(yīng)CIP。

LVS-DR的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

RIP可以使用私有地址，也可以使用公網(wǎng)地址。
只要求DIP和RIP的地址在同一個(gè)網(wǎng)段內(nèi)。
請(qǐng)求報(bào)文經(jīng)由Director調(diào)度，但是響應(yīng)報(bào)文不經(jīng)由Director。
RS可以使用大多數(shù)OS

缺點(diǎn)：

不支持端口映射。
不能跨局域網(wǎng)。

總結(jié)：

三種模型雖然各有利弊，但是由于追求性能和便捷，DR是目前用得最多的LVS模型。

LVS的八種調(diào)度方法

靜態(tài)方法:僅依據(jù)算法本身進(jìn)行輪詢調(diào)度

RR:Round Robin,輪調(diào)
一個(gè)接一個(gè)，自上而下
WRR:Weighted RR，加權(quán)論調(diào)
加權(quán)，手動(dòng)讓能者多勞。
SH:SourceIP Hash
來(lái)自同一個(gè)IP地址的請(qǐng)求都將調(diào)度到同一個(gè)RealServer
DH:Destination Hash
不管IP，請(qǐng)求特定的東西，都定義到同一個(gè)RS上。

動(dòng)態(tài)方法:根據(jù)算法及RS的當(dāng)前負(fù)載狀態(tài)進(jìn)行調(diào)度

LC:least connections(最小鏈接數(shù))
鏈接最少，也就是Overhead最小就調(diào)度給誰(shuí)。
假如都一樣，就根據(jù)配置的RS自上而下調(diào)度。
WLC:Weighted Least Connection (加權(quán)最小連接數(shù))
這個(gè)是LVS的默認(rèn)算法。
SED:Shortest Expection Delay(最小期望延遲)
WLC算法的改進(jìn)。
NQ:Never Queue
SED算法的改進(jìn)。
LBLC:Locality-Based Least-Connection,基于局部的的LC算法
正向代理緩存機(jī)制。訪問(wèn)緩存服務(wù)器，調(diào)高緩存的命中率。
和傳統(tǒng)DH算法比較，考慮緩存服務(wù)器負(fù)載。可以看做是DH+LC
如果有兩個(gè)緩存服務(wù)器
1.只要調(diào)度到其中的一個(gè)緩存服務(wù)器，那緩存服務(wù)器內(nèi)就會(huì)記錄下來(lái)。下一次訪問(wèn)同一個(gè)資源的時(shí)候也就是這個(gè)服務(wù)器了。 (DH)
2.有一個(gè)用戶從來(lái)沒(méi)有訪問(wèn)過(guò)這兩個(gè)緩存服務(wù)器，那就分配到負(fù)載較小的服務(wù)器。LC

LBLCR:Locality-Based Least-Connection with Replication(帶復(fù)制的lblc算法)
緩存服務(wù)器中的緩存可以互相復(fù)制。
因?yàn)榧词箾](méi)有，也能立即從另外一個(gè)服務(wù)器內(nèi)復(fù)制一份，并且均衡負(fù)載

man ipvsadm有講這幾種動(dòng)態(tài)或者靜態(tài)的rs調(diào)度方法

配置LVS-DR

主機(jī)名	主機(jī)地址	角色
node1	DIP:192.168.2.201，VIP:192.168.2.211	Director
node3	RIP:192.168.2.203，VIP:192.168.2.211	RealServer
node4	RIP:192.168.2.204，VIP:192.168.2.211	RealServer

本文中的主機(jī)系統(tǒng)均為CentOS7.1，Apache2.4，數(shù)據(jù)庫(kù)：MariaDB-5.5.50

實(shí)驗(yàn)拓?fù)洌?/p>

lvs-dr實(shí)驗(yàn)拓?fù)?/div>

(1)在Director上配置VIP和DIP

  [root@bc ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eno16777736
    TYPE=Ethernet
    BOOTPROTO="static"
    DEFROUTE=yes
    PEERDNS=yes
    PEERROUTES=yes
    NAME=eno16777736
    DEVICE=eno16777736
    ONBOOT=yes
    IPADDR="192.168.2.201"
    NETMASK="255.255.255.0"
    DNS1="192.168.2.1"
    GATEWAY="192.168.2.1"

[root@bc ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eno16777736:0
    TYPE=Ethernet
    BOOTPROTO="static"
    NAME=eno16777736:0
    ONBOOT=yes
    IPADDR="192.168.2.211"
    NETMASK="255.255.255.0"
    DNS1="192.168.2.1"
    GATEWAY="192.168.2.1"
    ONPARENT=yes

重啟網(wǎng)絡(luò)之后查看配置

[root@bc ~]# service NetworkManager stop
  Redirecting to /bin/systemctl stop  NetworkManager.service
[root@bc ~]# service network restart
  Restarting network (via systemctl):                        [  OK  ]
[root@bc ~]# ifconfig
  eno16777736: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 192.168.2.201  netmask 255.255.255.0  broadcast 192.168.2.255
        inet6 fe80::250:56ff:fe3c:d757  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether 00:50:56:3c:d7:57  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 88853  bytes 14843664 (14.1 MiB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 79195  bytes 6551143 (6.2 MiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

  eno16777736:0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 192.168.2.211  netmask 255.255.255.0  broadcast 192.168.2.255
        ether 00:50:56:3c:d7:57  txqueuelen 1000  (Ethernet)

  lo: flags=73<UP,LOOPBACK,RUNNING>  mtu 65536
        inet 127.0.0.1  netmask 255.0.0.0
        inet6 ::1  prefixlen 128  scopeid 0x10<host>
        loop  txqueuelen 0  (Local Loopback)
        RX packets 12998  bytes 1140269 (1.0 MiB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 12998  bytes 1140269 (1.0 MiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

(2)Director使用ipvsadm修改創(chuàng)建ipvs規(guī)則

[root@bc ~]# ipvsadm -A -t 192.168.2.211:80 -s rr
[root@bc ~]# ipvsadm -a -t 192.168.2.211:80 -r 192.168.2.203 -g
[root@bc ~]# ipvsadm -a -t 192.168.2.211:80 -r 192.168.2.204 -g
[root@bc ~]# ipvsadm -L -n
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  192.168.2.211:80 rr
  -> 192.168.2.203:80             Route   1      0          0         
  -> 192.168.2.204:80             Route   1      0          0

(3)RealServer安裝httpd

[root@node3 ~]# yum install httpd -y
[root@node4 ~]# yum install httpd -y

可以在里面放一個(gè)Wordpress,也可以簡(jiǎn)單echo幾個(gè)字到index.html
(4)node3和node4修改RealServer內(nèi)核參數(shù)

echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
echo "2" > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
echo "2" > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
ifconfig lo:0 192.168.2.211/32 broadcast 192.168.2.211 up
route add -host 192.168.2.211 dev lo:0

修改內(nèi)核參數(shù)，并且配置VIP地址到RealServer的loopback接口上。
那樣的話，當(dāng)RealServer接到從Director轉(zhuǎn)發(fā)而來(lái)的數(shù)據(jù)報(bào)文時(shí)，RealServer也不會(huì)丟棄報(bào)文。
同時(shí)，修改了RealServer的參數(shù)，局域網(wǎng)內(nèi)的arp表就只有Director有VIP。
RealServer的的機(jī)器上有VIP這件事，只有RealServer自己知道。
這樣可以保證，當(dāng)請(qǐng)求到來(lái)的時(shí)候，第一個(gè)會(huì)送到Director那里去。

(5)測(cè)試結(jié)果

[root@node3 httpd]# vim  /var/log/httpd/access_log 
[root@node4 httpd]# vim  /var/log/httpd/access_log

效果差不多就是這樣:
因?yàn)槲覀兪褂昧薘R靜態(tài)調(diào)度方法,所以這node3和node4的請(qǐng)求是一人一個(gè)。

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LVS原理介紹

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LVS是什么?

LVS中的角色

LVS的一些相關(guān)術(shù)語(yǔ)

LVS的三種調(diào)度模式

LVS-NAT`Network Address Transform`

示意圖和調(diào)度步驟

原理：

LVS-NAT的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

缺點(diǎn)：

LVS-TUN`IP Tuneling`

示意圖和調(diào)度步驟

原理：

LVS-TUN的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

缺點(diǎn)：

LVS-DR`Direct Routing`

示意圖和調(diào)度步驟

原理

LVS-DR的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

缺點(diǎn)：

總結(jié)：

LVS的八種調(diào)度方法

靜態(tài)方法:僅依據(jù)算法本身進(jìn)行輪詢調(diào)度

動(dòng)態(tài)方法:根據(jù)算法及RS的當(dāng)前負(fù)載狀態(tài)進(jìn)行調(diào)度

配置LVS-DR

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LVS是什么?

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LVS的三種調(diào)度模式

LVS-NATNetwork Address Transform

示意圖和調(diào)度步驟

原理：

LVS-NAT的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

缺點(diǎn)：

LVS-TUNIP Tuneling

示意圖和調(diào)度步驟

原理：

LVS-TUN的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

缺點(diǎn)：

LVS-DRDirect Routing

示意圖和調(diào)度步驟

原理

LVS-DR的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

缺點(diǎn)：

總結(jié)：

LVS的八種調(diào)度方法

靜態(tài)方法:僅依據(jù)算法本身進(jìn)行輪詢調(diào)度

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