LVS详解

电玩女神 2022-07-16 11:40 1284阅读 0赞

LVS之一：三种工作模式的优缺点比较（NAT/TUN/DR）

## **一、Virtual server via NAT（VS-NAT）** ##

**优点：**集群中的物理服务器可以使用任何支持TCP/IP操作系统，物理服务器可以分配Internet的保留私有地址，只有负载均衡器需要一个合法的IP地址。

**缺点：**扩展性有限。当服务器节点（普通PC服务器）数据增长到20个或更多时,负载均衡器将成为整个系统的瓶颈，因为所有的请求包和应答包都需要经过负载均衡器再生。假使TCP包的平均长度是536字节的话，平均包再生延迟时间大约为60us（在Pentium处理器上计算的，采用更快的处理器将使得这个延迟时间变短），负载均衡器的最大容许能力为8.93M/s，假定每台物理服务器的平台容许能力为400K/s来计算，负责均衡器能为22台物理服务器计算。

**解决办法：**即使是是负载均衡器成为整个系统的瓶颈，如果是这样也有两种方法来解决它。一种是混合处理，另一种是采用Virtual Server via IP tunneling或Virtual Server via direct routing。如果采用混合处理的方法，将需要许多同属单一的RR DNS域。你采用Virtual Server via IP tunneling或Virtual Server via direct routing以获得更好的可扩展性。也可以嵌套使用负载均衡器，在最前端的是VS-Tunneling或VS-Drouting的负载均衡器，然后后面采用VS-NAT的负载均衡器。

## **二、Virtual server via IP tunneling（VS-TUN）** ##

我们发现，许多Internet服务（例如WEB服务器）的请求包很短小，而应答包通常很大。

**优点：**负载均衡器只负责将请求包分发给物理服务器，而物理服务器将应答包直接发给用户。所以，负载均衡器能处理很巨大的请求量，这种方式，一台负载均衡能为超过100台的物理服务器服务，负载均衡器不再是系统的瓶颈。使用VS-TUN方式，如果你的负载均衡器拥有100M的全双工网卡的话，就能使得整个Virtual Server能达到1G的吞吐量。

**不足：**但是，这种方式需要所有的服务器支持"IP Tunneling"(IP Encapsulation)协议，我仅在Linux系统上实现了这个，如果你能让其它操作系统支持，还在探索之中。

## **三、Virtual Server via Direct Routing（VS-DR）** ##

**优点：**和VS-TUN一样，负载均衡器也只是分发请求，应答包通过单独的路由方法返回给客户端。与VS-TUN相比，VS-DR这种实现方式不需要隧道结构，因此可以使用大多数操作系统做为物理服务器，其中包括：Linux 2.0.36、2.2.9、2.2.10、2.2.12；Solaris 2.5.1、2.6、2.7；FreeBSD 3.1、3.2、3.3；NT4.0无需打补丁；IRIX 6.5；HPUX11等。

不足：要求负载均衡器的网卡必须与物理网卡在一个物理段上

![0280a197941186b2bb9956fa2cde960b.jpg][]

LVS之二：负载均衡调度算法

前面的文章介绍了[LVS的三种模式][LVS]：NAT、TUN、DR，那这三种模式下，如果进行负载均衡调度计算呢？这就涉及到新的知识点：**负载均衡调度算法**

目前LVS主要有三种请求转发方式和10种调度算法｡根据请求转发方式的不同,所构架集群的网络拓扑､安装方式､性能表现也各不相同｡用LVS主要可以架构三种形式的集群,分别是LVS/NAT､LVS/TUN和LVS/DR,可以根据需要选择其中一种｡在选定转发方式的情况下,采用哪种调度算法将决定整个负载均衡的性能表现,不同的算法适用于不同的应用场合,有时可能需要针对特殊场合,自行设计调度算法｡LVS的算法是逐渐丰富起来的,最初LVS只提供4种调度算法,后来发展到以下10种。

# 一、静态调度算法： #

## 1.1 轮叫调度(Round Robin，RR) ##

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｡

## 1.2 加权轮叫(Weighted Round Robin，WRR) ##

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能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｡

## 1.3 目标地址散列(Destination Hashing,DH) ##

“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｡**主要用于缓存服务器的场景。**

## 1.4 源地址散列(Source Hashing,SH) ##

“源地址散列"调度算法根据请求的源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｡在没有使用session共享的又需要保存session的环境下（如电子商务网站），建议使用此算法。

# 二、动态调度算法： #

## 2.1 最少链接(Least Connections，LC) ##

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｡其具体算法为：

> active\*256+inactive

然后挑选服务器中上述值最小者分配新连接。

## 2.2 加权最少链接(Weighted Least Connections，WLC) ##

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｡WLC为LVS的默认调度算法。其具体算法为：

> (active\*256+inactive)/weight

然后挑选服务器根据上述方法计算数字最小者分配新连接。

## 2.3 基于局部性的最少链接(Locality-Based Least Connections，LBLC) ##

“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集群系统｡该算法根据请求的目标IP地址找出该目标IP地址最近使用的服务器,若该服务器是可用的且没有超载,将请求发送到该服务器;若服务器不存在,或者该服务器超载且有服务器处于一半的工作负载,则用“最少链接"的原则选出一个可用的服务器,将请求发送到该服务器｡

类似于DH算法，不同的是，其结合了DH算法和LC算法的优势。

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

“带复制的基于局部性最少链接"调度算法也是针对目标IP地址的负载均衡,目前主要用于Cache集群系统｡它与LBLC算法的不同之处是它要维护从一个目标IP地址到一组服务器的映射,而LBLC算法维护从一个目标IP地址到一台服务器的映射｡该算法根据请求的目标IP地址找出该目标IP地址对应的服务器组,按“最小连接"原则从服务器组中选出一台服务器,若服务器没有超载,将请求发送到该服务器;若服务器超载,则按“最小连接"原则从这个集群中选出一台服务器,将该服务器加入到服务器组中,将请求发送到该服务器｡同时,当该服务器组有一段时间没有被修改,将最忙的服务器从服务器组中删除,以降低复制的程度｡

## 2.5 最短的期望的延迟（Shortest Expected Delay Scheduling，SED） ##

“最短的期望的延迟”是基于WLC算法的，只是其计算方法不同。具体算法如下：

> （active+1)\*256/weight

## 2.6 最少队列（Never Queue Scheduling，NQ） ##

无需队列。如果有台 realserver的连接数＝0就直接分配过去，不需要在进行SED运算。如果没有服务器连接数为空闲，则使用SED算法。

了解这些算法原理能够在特定的应用场合选择最适合的调度算法,从而尽可能地保持Real Server的最佳利用性｡

LVS之三：ipvsadm常用管理命令介绍

LVS全称为Linux Virtual Server，工作在ISO模型中的第四层，由于其工作在第四层，因此与iptables类似，必须工作在内核空间上。因此lvs与iptables一样，是直接工作在内核中的，叫ipvs，主流的linux发行版默认都已经集成了ipvs，因此用户只需安装一个管理工具ipvsadm即可。

### 查看内核是否已经集成ipvs： ###

> \[root@lvs ~\]\# grep -i "ip\_vs" /boot/config-2.6.32-358.18.1.el6.x86\_64   
> CONFIG\_IP\_VS=m   
> CONFIG\_IP\_VS\_IPV6=y   
> \# CONFIG\_IP\_VS\_DEBUG is not set   
> CONFIG\_IP\_VS\_TAB\_BITS=12   
> CONFIG\_IP\_VS\_PROTO\_TCP=y   
> CONFIG\_IP\_VS\_PROTO\_UDP=y   
> CONFIG\_IP\_VS\_PROTO\_AH\_ESP=y   
> CONFIG\_IP\_VS\_PROTO\_ESP=y   
> CONFIG\_IP\_VS\_PROTO\_AH=y   
> CONFIG\_IP\_VS\_PROTO\_SCTP=y   
> CONFIG\_IP\_VS\_RR=m   
> CONFIG\_IP\_VS\_WRR=m   
> CONFIG\_IP\_VS\_LC=m   
> CONFIG\_IP\_VS\_WLC=m   
> CONFIG\_IP\_VS\_LBLC=m   
> CONFIG\_IP\_VS\_LBLCR=m   
> CONFIG\_IP\_VS\_DH=m   
> CONFIG\_IP\_VS\_SH=m   
> CONFIG\_IP\_VS\_SED=m   
> CONFIG\_IP\_VS\_NQ=m   
> CONFIG\_IP\_VS\_FTP=m

# 一、安装ipvsadm： #

> \[root@lvs ~\]\# yum -y install ipvsadm

# 二、ipvsadm基本介绍： #

## 2.1 集群服务管理类命令： ##

### 2.1.1 添加集群： ###

> \# ipvs -A -t|u|f service-address \[-s scheduler\]

### 选项说明： ###

> \-t: TCP协议的集群   
> \-u: UDP协议的集群   
>     service-address:     IP:PORT   
> \-f: FWM: 防火墙标记   
>     service-address: Mark Number

### 示例： ###

> \[root@lvs ~\]\# ipvsadm -A -t 172.16.1.253:80 -s wlc

### 2.1.2 修改集群： ###

> \# ipvs -E -t|u|f service-address \[-s scheduler\]

### 示例： ###

> \[root@lvs ~\]\# ipvsadm -E -t 172.16.1.253:80 **-s wrr**

### 2.1.3 删除集群： ###

> \# ipvsadm -D -t|u|f service-address

### 示例： ###

> \[root@lvs ~\]\# ipvsadm -D -t 172.16.1.253:80

## 2.2 管理集群中的RealServer： ##

### 2.2.1 添加RS： ###

> \# ipvsadm -a -t|u|f service-address -r server-address \[-g|i|m\] \[-w weight\]

### 选项说明： ###

> \-t|u|f service-address：事先定义好的某集群服务   
> \-r server-address: 某RS的地址，在NAT模型中，可使用IP：PORT实现端口映射；   
> \[-g|i|m\]: LVS类型      
>     -g: DR   
>     -i: TUN   
>     -m: NAT   
> \[-w weight\]: 定义服务器权重

### 示例： ###

> \[root@lvs ~\]\# ipvsadm -a -t 172.16.1.253:80 -r 172.16.1.101 –g -w 5
> 
> \[root@lvs ~\]\# ipvsadm -a -t 172.16.1.253:80 -r 172.16.1.102 –g -w 10

### 2.2.2 修改RS： ###

> \# ipvsadm -e -t|u|f service-address -r server-address \[-g|i|m\] \[-w weight\]

### 示例： ###

> \[root@lvs ~\]\# ipvsadm **-e** -t 172.16.1.253:80 -r 172.16.1.101 –g -w **3**

### 2.2.3 删除RS： ###

> \# ipvsadm -d -t|u|f service-address -r server-address

### 示例： ###

> \[root@lvs ~\]\# ipvsadm -d -t 172.16.1.253:80 -r 172.16.1.101

## 2.3 查看类： ##

> \# ipvsadm -L|l \[options\]

### 常用选项\[options\]如下： ###

> \-n: 数字格式显示主机地址和端口   
> \--stats：统计数据   
> \--rate: 速率   
> \--timeout: 显示tcp、tcpfin和udp的会话超时时长   
> \-c: 显示当前的ipvs连接状况

## 2.4 其他管理类： ##

### 2.4.1 删除所有集群服务： ###

> \# ipvsadm -C

该命令与iptables的-F功能类似，执行后会清除所有规则。

### 2.4.2 保存规则 ###

### 保存规则至默认配置文件： ###

> \# service ipvsadm save

### 保存规则至指定文件： ###

> \# ipvsadm -S > /path/to/somefile

### 示例： ###

> \[root@lvs ~\]\# service ipvsadm save   
> ipvsadm: Saving IPVS table to /etc/sysconfig/ipvsadm:      \[确定\]

### 2.4.3 载入保存在文件中的规则 ###

> \# ipvsadm -R < /path/form/somefile

# 三、lvs的其他注意事项： #

*  关于时间同步：各节点间的时间偏差不大于1s，建议使用统一的ntp服务器进行更新时间；
 *  DR模型中的VIP的MAC广播问题：

在DR模型中，由于每个节点均要配置VIP，因此存在VIP的MAC广播问题，在现在的linux内核中，都提供了相应kernel 参数对MAC广播进行管理，具体如下：

### arp\_ignore: 定义接收到ARP请求时的响应级别； ###

0：只要本地配置的有相应地址，就给予响应；   
**    1：仅在请求的目标地址配置在到达的接口上的时候，才给予响应；DR模型使用**

### arp\_announce：定义将自己地址向外通告时的通告级别； ###

0：将本地任何接口上的任何地址向外通告；   
    1：试图仅向目标网络通告与其网络匹配的地址；   
**    2：仅向与本地接口上地址匹配的网络进行通告；DR模型使用**

LVS之四：DR模型实现

## 试验拓扑： ##

[![lvs-dr-nat][]][lvs-dr-nat 1]

<a href="http://www.toxingwang.com/wp-content/uploads/2013/10/lvs-dr-rs-net.jpg" class="cboxElement" rel="example4" 1613"="" style="text-decoration: none; color: rgb(1, 150, 227);">![lvs-dr-rs-net][]

### 然后启动各虚拟机，按上述拓扑规划配置好IP地址。 ###

## 1.2 配置路由器（linux）： ##

使用iptables实现NAT配置较为简单，主要如下：

### 1.2.1 开启转发功能： ###

> \[root@router ~\]\# echo 1 >/proc/sys/net/ipv4/ip\_forward

如果需永久修改，则需要修改sysctl.conf文件。并使用sysctl -p 使其立即生效。

### 1.2.2 配置iptables： ###

### 清除所有规则： ###

> \[root@router ~\]\# iptables –F

### 配置NAT功能： ###

> \[root@router ~\]\# iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth0 -s 172.16.1.0/24 -j SNAT --to 192.168.8.254   
> \[root@router ~\]\# iptables -t nat -A PREROUTING -d 192.168.8.254 -p tcp --dport 80 -j DNAT --to-destination 172.16.1.253:80
> 
> \#\#为了方便使用ssh客户端连接，我还将lvs集群中各服务器的22端口映射到了不同端口，具体如下：
> 
> \[root@router ~\]\# iptables -t nat -A PREROUTING -d 192.168.8.254 -p tcp --dport **2022** -j DNAT --to-destination **172.16.1.252:22 **  
> \[root@router ~\]\# iptables -t nat -A PREROUTING -d 192.168.8.254 -p tcp --dport **2122** -j DNAT --to-destination **172.16.1.101:22**   
> \[root@router ~\]\# iptables -t nat -A PREROUTING -d 192.168.8.254 -p tcp --dport **2222** -j DNAT --to-destination **172.16.1.102:22**

### 配置转发功能： ###

> \[root@router ~\]\# iptables -A FORWARD -p ip -j ACCEPT

### 保存规则： ###

> \[root@router ~\]\# service iptables save

此时，Director和RealServer都已可以正常访问外网。

## 1.3 配置本地windows，添加路由使其能访问lvs集群： ##

由于试验中物理主机（windows）和试验用路由器（linux）的默认网关指向的是真实的路由器，因此物理主机（windows）是无法访问lvs集群网络的，为了能让物理机（windows）访问到集群网络方便后面测试，因此需要添加路由，命令如下：

> C:\\windows\\system32>route add 172.16.1.0/24 192.168.8.254   
> 操作完成!

# 二、配置Director #

## 2.1 启用转发： ##

> \[root@lvs ~\]\# echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip\_forward

如果想永久生效，则需要修改/etc/sysctl.conf文件。

## 2.2 配置VIP和路由： ##

### 配置路由： ###

> \[root@lvs ~\]\# route add -host 172.16.1.253 dev eth0:0

### 配置VIP： ###

> \[root@lvs ~\]\# ifconfig eth0:1 172.16.1.253 netmask 255.255.255.255 up

## 2.3 清除原有iptables和ipvs规则： ##

> \[root@lvs ~\]\# iptables -F
> 
> \[root@lvs ~\]\# iptables -Z
> 
> \[root@lvs ~\]\# ipvsadm -C

## 2.4 配置集群服务： ##

> \[root@lvs ~\]\# ipvsadm -A -t 172.16.1.253:80 -s wlc

## 2.5 添加RS至集群服务： ##

> \[root@lvs ~\]\# ipvsadm -a -t 172.16.1.253:80 -r 172.16.1.101 -g
> 
> \[root@lvs ~\]\# ipvsadm -a -t 172.16.1.253:80 -r 172.16.1.102 -g

## 2.6 将上述过程编写为一个服务脚本，直接在Director上实现开机启动： ##

> \#!/bin/bash   
> \#   
> \# LVS script for VS/DR   
> \# chkconfig: - 90 10   
> \#   
> . /etc/rc.d/init.d/functions   
> \#   
> VIP=172.16.1.253   
> DIP=172.16.1.252   
> RIP1=172.16.1.101   
> RIP2=172.16.1.102   
> PORT=80   
> RSWEIGHT1=5   
> RSWEIGHT2=5
> 
> \#   
> case "$1" in   
> start)          
> 
>   /sbin/ifconfig eth0:1 $VIP broadcast $VIP netmask 255.255.255.255 up   
>   /sbin/route add -host $VIP dev eth0:1
> 
> \# Since this is the Director we must be able to forward packets   
>   echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip\_forward
> 
> \# Clear all iptables rules.   
>   /sbin/iptables -F
> 
> \# Reset iptables counters.   
>   /sbin/iptables -Z
> 
> \# Clear all ipvsadm rules/services.   
>   /sbin/ipvsadm -C
> 
> \# Add an IP virtual service for VIP 192.168.0.219 port 80   
> \# In this recipe, we will use the round-robin scheduling method.   
> \# In production, however, you should use a weighted, dynamic scheduling method.   
>   /sbin/ipvsadm -A -t $VIP:80 -s wlc
> 
> \# Now direct packets for this VIP to   
> \# the real server IP (RIP) inside the cluster   
>   /sbin/ipvsadm -a -t $VIP:80 -r $RIP1 -g -w $RSWEIGHT1   
>   /sbin/ipvsadm -a -t $VIP:80 -r $RIP2 -g -w $RSWEIGHT2
> 
>   /bin/touch /var/lock/subsys/ipvsadm &> /dev/null   
> ;;
> 
> stop)   
> \# Stop forwarding packets   
>   echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/ip\_forward
> 
> \# Reset ipvsadm   
>   /sbin/ipvsadm -C
> 
> \# Bring down the VIP interface   
>   /sbin/ifconfig eth0:0 down   
>   /sbin/route del $VIP   
>     
>   /bin/rm -f /var/lock/subsys/ipvsadm   
>     
>   echo "ipvs is stopped..."   
> ;;
> 
> status)   
>   if \[ ! -e /var/lock/subsys/ipvsadm \]; then   
>     echo "ipvsadm is stopped ..."   
>   else   
>     echo "ipvs is running ..."   
>     ipvsadm -L -n   
>   fi   
> ;;   
> \*)   
>   echo "Usage: $0 \{start|stop|status\}"   
> ;;   
> esac

### 将上述内容保存在/etc/init.d/lvs-director文件中，然后添加到服务： ###

> \[root@lvs ~\]\# chmod +x /etc/init.d/lvs-director
> 
> \[root@lvs ~\]\# chkconfig --add lvs-director
> 
> \[root@lvs ~\]\# chkconfig lvs-director on
> 
> \[root@lvs ~\]\# /etc/init.d/lvs-director start   
> \[root@lvs ~\]\# /etc/init.d/lvs-director status   
> ipvs is running ...   
> IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)   
> Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags   
>   -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn   
> TCP  172.16.1.253:80 wlc   
>   -> 172.16.1.101:80              Route   5      0          0           
>   -> 172.16.1.102:80              Route   5      0          0

# 三、配置RS： #

## 3.1 配置ARP广播： ##

> \[root@rs1 ~\]\# echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp\_ignore   
> \[root@rs1 ~\]\# echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp\_announce   
> \[root@rs1 ~\]\# echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp\_ignore   
> \[root@rs1 ~\]\# echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp\_announce

## 3.2 配置VIP和路由： ##

> \[root@rs1 ~\]\# ifconfig lo:0 172.16.1.253 netmask 255.255.255.255 up
> 
> \[root@rs1 ~\]\# route add -host 172.16.1.253 dev lo:0

## 3.3 编写为脚本： ##

> \#!/bin/bash   
> \#   
> \# Script to start LVS DR real server.   
> \# chkconfig: - 90 10   
> \# description: LVS DR real server   
> \#   
> .  /etc/rc.d/init.d/functions
> 
> VIP=172.16.1.253
> 
> host=\`/bin/hostname\`
> 
> case "$1" in   
> start)   
>        \# Start LVS-DR real server on this machine.   
>         /sbin/ifconfig lo down   
>         /sbin/ifconfig lo up   
>         echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp\_ignore   
>         echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp\_announce   
>         echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp\_ignore   
>         echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp\_announce
> 
>         /sbin/ifconfig lo:0 $VIP broadcast $VIP netmask 255.255.255.255 up   
>         /sbin/route add -host $VIP dev lo:0
> 
> ;;   
> stop)
> 
>         \# Stop LVS-DR real server loopback device(s).   
>         /sbin/ifconfig lo:0 down   
>         echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp\_ignore   
>         echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp\_announce   
>         echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp\_ignore   
>         echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp\_announce
> 
> ;;   
> status)
> 
>         \# Status of LVS-DR real server.   
>         islothere=\`/sbin/ifconfig lo:0 | grep $VIP\`   
>         isrothere=\`netstat -rn | grep "lo:0" | grep $VIP\`   
>         if \[ ! "$islothere" -o ! "isrothere" \];then   
>             \# Either the route or the lo:0 device   
>             \# not found.   
>             echo "LVS-DR real server Stopped."   
>         else   
>             echo "LVS-DR real server Running."   
>         fi   
> ;;   
> \*)   
>             \# Invalid entry.   
>             echo "$0: Usage: $0 \{start|status|stop\}"   
>             exit 1   
> ;;   
> esac

### 保存至/etc/init.d/lvs-rs，并赋予执行权限，然后添加为开机启动： ###

> \[root@rs1~\]\# chmod +x /etc/init.d/lvs-rs
> 
> \[root@rs1 ~\]\# chkconfig --add lvs-rs
> 
> \[root@rs1 ~\]\# chkconfig lvs-rs on
> 
> \[root@rs1 ~\]\# /etc/init.d/lvs-rs start

## 3.4 在RS2上采用相同的配置即可 ##

至此就全部完成了lvs的DR模型配置。

# 4 测试LVS集群 #

## 4.1 配置web服务器： ##

### 4.1.1 为rs1节点添加web主页： ###

> \[root@rs1 ~\]\# service httpd start   
> 正在启动 httpd：httpd: apr\_sockaddr\_info\_get() failed for rs1   
> httpd: Could not reliably determine the server's fully qualified domain name, using 127.0.0.1 for ServerName   
>                                                            \[确定\]   
> \[root@rs1 ~\]\# echo "This is RS1..." >/var/www/html/index.html

### 4.1.2 为rs2节点添加web主页： ###

> \[root@rs2 ~\]\# echo "This is RS2..." >/var/www/html/index.html

## 4.2 访问测试： ##

访问时观察ipvs状态：

> Every 1.0s: ipvsadm -L -n                                                                        Tue Oct  8 19:58:42 2013
> 
> IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)   
> Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags   
>   -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn   
> TCP  172.16.1.253:80 wlc   
>   -> 172.16.1.101:80              Route   5     2          8   
>   -> 172.16.1.102:80              Route   5     1          8

LVS之五：使用脚本实现RealServer的健康检查

上文部署的DR模型中，当一台RS宕机时，ipvs是不会自动踢出该RS服务器的，我这里使用一个脚本实现对RS的监控检查。

## 一、需求分析： ##

*  脚本要能判断RS运行情况；
 *  当RS的web服务不能访问时，将其从lvs集群中踢出；而当RS重新上线时，再将其加入lvs集群；
 *  定时检查（死循环或cron计划任务）；
 *  对RS的下线和上线做日志记录。

## 二、web健康检查命令： ##

使用curl能简单的实现对web应用可用性进行监控：

curl命令选项：

>     --cacert <file> CA证书 (SSL)   
>     --capath <directory> CA目录 (made using c\_rehash) to verify peer against (SSL)   
>     --compressed 要求返回是压缩的形势 (using deflate or gzip)   
>     --connect-timeout <seconds> 设置最大请求时间   
>     -H/--header <line>自定义头信息传递给服务器   
>     -i/--include 输出时包括protocol头信息   
>     -I/--head 只显示文档信息   
>     --interface <interface> 使用指定网络接口/地址   
>     -s/--silent静音模式。不输出任何东西   
>     -u/--user <user\[:password\]>设置服务器的用户和密码   
>     -p/--proxytunnel 使用HTTP代理

## 三、具体实现： ##

> \#!/bin/bash   
> \#   
> VIP=192.168.8.254   
> CPORT=80
> 
> \#\#使用数组RS定义所有RS服务器   
> RS=("172.16.1.101" "172.16.1.102")
> 
> \#定义RS状态，后面引用   
> declare -a RSSTATUS
> 
> \#定义权重   
> RW=("5" "5")   
> RPORT=80
> 
> \#集群类型为DR   
> TYPE=g   
> CHKLOOP=3
> 
> \#监控日志   
> LOG=/var/log/ipvsmonitor.log
> 
> \#
> 
> \#addrs函数在RS重新上线时将其添加到集群
> 
> addrs() \{   
>   ipvsadm -a -t $VIP:$CPORT -r $1:$RPORT -$TYPE -w $2   
>   \[ $? -eq 0 \] && return 0 || return 1   
> \}
> 
> \#delrs函数在RS下线时将其从集群中删除
> 
> delrs() \{   
>   ipvsadm -d -t $VIP:$CPORT -r $1:$RPORT   
>   \[ $? -eq 0 \] && return 0 || return 1   
> \}
> 
> \#checkrs检查RS状态，如果上次均为离线状态，则判定其为离线
> 
> checkrs() \{   
>   local I=1   
>   while \[ $I -le $CHKLOOP \]; do   
>     if curl --connect-timeout 1 [http://$1][http_1] &> /dev/null; then   
>       return 0   
>     fi   
>     let I++   
>   done   
>   return 1   
> \}
> 
> \#初始化RS状态函数
> 
> initstatus() \{   
>   local I   
>   local COUNT=0;   
>   for I in $\{RS\[\*\]\}; do   
>     if ipvsadm -L -n | grep "$I:$RPORT" && > /dev/null ; then   
>       RSSTATUS\[$COUNT\]=1   
>     else   
>       RSSTATUS\[$COUNT\]=0   
>     fi   
>   let COUNT++   
>   done   
> \}
> 
> \#执行初始化RS状态检查函数
> 
> initstatus
> 
>  
> 
> \#死循环   
> while :; do   
>   let COUNT=0   
>   for I in $\{RS\[\*\]\}; do   
>     if checkrs $I; then   
>       if \[ $\{RSSTATUS\[$COUNT\]\} -eq 0 \]; then   
>          addrs $I $\{RW\[$COUNT\]\}   
>          \[ $? -eq 0 \] && RSSTATUS\[$COUNT\]=1 && echo "\`date +'%F %H:%M:%S'\`, $I is back." >> $LOG   
>       fi   
>     else   
>       if \[ $\{RSSTATUS\[$COUNT\]\} -eq 1 \]; then   
>          delrs $I   
>          \[ $? -eq 0 \] && RSSTATUS\[$COUNT\]=0 && echo "\`date +'%F %H:%M:%S'\`, $I is gone." >> $LOG   
>       fi   
>     fi   
>     let COUNT++   
>   done   
>   sleep 5   
> done

LVS之六：使用keepalived实现LVS的DR模式热备

## 一、说明： ##

在《[LVS之一：三种工作模式的优缺点比较（NAT/TUN/DR）][LVS_NAT_TUN_DR]》文章讲述了LVS的三种转发模式对比，我们先就用LVS的DR模式来实现Web应用的负载均衡。为了防止LVS服务器自身的单点故障导致整个Web应用无法提供服务，因此还得利用Keepalived实现lvs的高可用性，keepalived主要使用VRRP协议来保存链路的高可用性。而VRRP(Virtual Router Redundancy Protocol)协议本身是用于实现路由器冗余的协议。

LVS-DR模式的原理如下（借用别人的图）：

[![lvs-DR网络拓扑][lvs-DR]][lvs-DR_lvs-DR]

### 说明： ###

**1、  LVS服务器和WEB服务器必须在同一网段；**

**2、  多台Web服务器间使用NFS服务器等共享存储存放用户上传附件，以保障数据的一致性（如上传图片）。下文讨论**

**IP地址规划：**

> VIP              192.168.18.60
> 
> LVS-MASTER     192.168.18.51
> 
> LVS-BACKUP     192.168.18.52
> 
> NFS   Server       192.168.18.20
> 
> MySQL               192.168.18.18
> 
> WEB1        192.168.18.61
> 
> WEB2        192.168.18.62

## 三、安装LVS+Keepalived： ##

### 1、使用yum在线安装： ###

> \[root@lvs1 ~\]\# yum install ipvsadm  keepalived –y

### 2、检查安装结果： ###

> \[root@lvs1 ~\]\# rpm -qa |grep ipvsadm
> 
> ipvsadm-1.25-10.el6.x86\_64
> 
> \[root@lvs1 ~\]\# rpm -qa |grep keepalived
> 
> keepalived-1.2.7-3.el6.x86\_64

### 3、服务配置： ###

> \[root@lvs1 ~\]\# chkconfig keepalived on   \#\#设置为开机启动
> 
> \[root@lvs1 ~\]\# service keepalived start   \#\#立即启动keepalived服务

## 四、配置LVS服务器： ##

### 1、  备份配置文件： ###

### \[root@lvs1 ~\]\# cp /etc/keepalived/keepalived.conf /etc/keepalived/keepalived.bak ###

### 2、  修改配置文件，具体如下： ###

原始的配置文件包含了三种模式的配置，而这里我们只需要用到DR模式，因此最终保留配置如下：

> \[root@lvs1 ~\]\#  vim /etc/keepalived/keepalived.conf
> 
> global\_defs \{                       \#\#全局配置部分
> 
> \#   notification\_email \{             \#\#下面几行均为全局通知配置，可以实现出现问题后报警，但功能有限，因此注释掉，并采用Nagios监视lvs运行情况
> 
> \#       admin@toxingwang.com
> 
> \#   \}
> 
> \#   notification\_email\_from master@toxingwang.com
> 
> \#   smtp\_server smtp.exmail.qq.com
> 
> \#   smtp\_connect\_timeout 30
> 
> router\_id LVS\_MASTER             \#\#设置lvs的id，在一个网络内应该是唯一的
> 
> \}
> 
> vrrp\_instance VI\_1 \{            \#\#设置vrrp组，唯一且同一LVS服务器组要相同
> 
> state **MASTER  **           \#\#备份LVS服务器设置为**BACKUP**
> 
> interface eth0             \# \#设置对外服务的接口
> 
> virtual\_router\_id 51        \#\#设置虚拟路由标识
> 
> priority 100                                    \#设置优先级，数值越大，优先级越高，backup设置为99，这样就能实现当master宕机后自动将backup变为master，而当原master恢复正常时，则现在的master再次变为backup。
> 
> advert\_int 1            \#\#设置同步时间间隔
> 
> authentication \{         \#\#设置验证类型和密码，master和buckup一定要设置一样
> 
> auth\_type PASS
> 
> auth\_pass 1111
> 
> \}
> 
> virtual\_ipaddress \{          \#\#设置VIP，可以多个，每个占一行
> 
> 192.168.18.60
> 
> \}
> 
> \}
> 
> virtual\_server 192.168.18.60 80 \{
> 
> delay\_loop 6            \#\#健康检查时间间隔，单位s
> 
> lb\_algo wrr             \#\#[负载均衡调度算法][Link 1]设置为**加权轮叫**
> 
> lb\_kind DR                              \#\#负载均衡转发规则
> 
> nat\_mask 255.255.255.0   \#\#网络掩码，DR模式要保障真是服务器和lvs在同一网段
> 
> persistence\_timeout 50    \#\#会话保持时间，单位s
> 
> protocol TCP                           \#\#协议
> 
> real\_server 192.168.18.61 80 \{      \#\#真实服务器配置，80表示端口
> 
> weight 3                              \#\#权重
> 
> TCP\_CHECK \{                       \#\#服务器检测方式设置
> 
> connect\_timeout 5    \#\#连接超时时间
> 
> nb\_get\_retry 3
> 
> delay\_before\_retry 3
> 
> connect\_port 80
> 
> \}
> 
> \}
> 
> real\_server 192.168.18.62 80 \{
> 
> weight 3
> 
> TCP\_CHECK \{
> 
> connect\_timeout 10
> 
> nb\_get\_retry 3
> 
> delay\_before\_retry 3
> 
> connect\_port 80
> 
> \}
> 
> \}
> 
> \}

**作为高可用的备份lvs服务器配置只需在上述配置中的master修改backup即可，其他保持相同。**

### 3、  分别在两台lvs服务器上重启服务： ###

> \[root@lvs1 ~\]\# service keepalived start

**注：**由于keepalived配置文件有语法错误也能启动，因此看到启动了lvs服务，不代表配置文件没有错误，如果遇到lvs不能正常转发，及时跟踪日志进行处理。

日志跟踪方法：

1、开两个ssh窗口连接到lvs服务器，第一个窗口运行如下命令：

> \[root@lvs1 ~\]\# tail -F /var/log/message

2、第二个窗口重新启动keepalived服务，同时观察窗口1中日志的变化，然后根据日志提示解决即可。

## 五、WEB服务器IP绑定配置： ##

在两台WEB服务器安装并配置（非本文重点，不做web安装配置讲解），建立测试网页，先使用实际IP进行访问测试，能正常访问后，进行如下操作：

在前面的文章中介绍DR模式时提到：**负载均衡器也只是分发请求，应答包通过单独的路由方法返回给客户端。**但实际上客户端访问时，IP都是指向的负载均衡器的ip（也就是LVS的VIP），如何能让真是服务器处理IP头为VIP的请求，这就需要做下面的操作，将VIP绑定到真实服务器的lo网口（回环），为了防止IP广播产生IP冲突，还需关闭IP广播，具体如下：

### 1、编辑开机启动脚本： ###

>   \[root@web1 ~\]\# vim /etc/init.d/realserver
> 
> \#!/bin/bash
> 
> \#chkconfig: 2345 79 20
> 
> \#description:realserver
> 
> SNS\_VIP=192.168.18.60
> 
> . /etc/rc.d/init.d/functions
> 
> case "$1" in
> 
> start)
> 
> ifconfig lo:0 $SNS\_VIP netmask 255.255.255.255 broadcast $SNS\_VIP
> 
> /sbin/route add -host $SNS\_VIP dev lo:0
> 
> echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp\_ignore
> 
> echo "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp\_announce
> 
> echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp\_ignore
> 
> echo "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp\_announce
> 
> sysctl -p >/dev/null 2>&1
> 
> echo "RealServer Start OK"
> 
> ;;
> 
> stop)
> 
> ifconfig lo:0 down
> 
> route del $SNS\_VIP >/dev/null 2>&1
> 
> echo "0" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp\_ignore
> 
> echo "0" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp\_announce
> 
> echo "0" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp\_ignore
> 
> echo "0" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp\_announce
> 
> echo "RealServer Stoped"
> 
> ;;
> 
> \*)
> 
> echo "Usage: $0 \{start|stop\}"
> 
> exit 1
> 
> esac
> 
> exit 0

### 脚本说明： ###

**arp\_ignore: 定义接收到ARP请求时的响应级别；**

> 0：只要本地配置的有相应地址，就给予响应；默认；
> 
> 1：仅在请求的目标地址配置在到达的接口上的时候，才给予响应；

**arp\_announce：定义将自己地址向外通告时的通告级别；**

> 0：将本地任何接口上的任何地址向外通告；默认；
> 
> 1：试图仅向目标网络通告与其网络匹配的地址；
> 
> 2：仅向与本地接口上地址匹配的网络进行通告；

### 2、  设置脚本开机启动并立即启动： ###

> \[root@web1 ~\]\# chkconfig realserver on
> 
> \[root@web1 ~\]\# service realserver start
> 
> RealServer Start OK

### 3、  检测IP配置： ###

> \[root@web1 ~\]\# ifconfig
> 
> eth0      Link encap:Ethernet  HWaddr 00:50:56:B3:54:5A
> 
> inet addr:192.168.18.61  Bcast:192.168.18.255  Mask:255.255.255.0
> 
> inet6 addr: fe80::250:56ff:feb3:545a/64 Scope:Link
> 
> UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
> 
> RX packets:98940 errors:4 dropped:4 overruns:0 frame:0
> 
> TX packets:82037 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
> 
> collisions:0 txqueuelen:1000
> 
> RX bytes:23077218 (22.0 MiB)  TX bytes:16043349 (15.3 MiB)
> 
> Interrupt:18 Base address:0x2000
> 
>  
> 
> lo        Link encap:Local Loopback
> 
> inet addr:127.0.0.1  Mask:255.0.0.0
> 
> inet6 addr: ::1/128 Scope:Host
> 
> UP LOOPBACK RUNNING  MTU:16436  Metric:1
> 
> RX packets:300 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
> 
> TX packets:300 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
> 
> collisions:0 txqueuelen:0
> 
> RX bytes:528420 (516.0 KiB)  TX bytes:528420 (516.0 KiB)
> 
>  
> 
> lo:0      Link encap:Local Loopback
> 
> inet addr:**192.168.18.60 ** Mask:255.255.255.255
> 
> UP LOOPBACK RUNNING  MTU:16436  Metric:1

### 4、  测试LVS： ###

在lvs master服务器上运行如下命令：

> \[root@lvs1 ~\]\# watch -n 1 ipvsadm -ln

在多台客户端通过浏览器访问VIP或域名（域名需解析到VIP），看能否获取到正确的页面，且同时观察上述窗口的变化。

<a href="/images/20220716/728c75e6a00143948b522ef0495b2049.png" class="cboxElement" rel="example4" 996"="" style="text-decoration: none; color: rgb(1, 150, 227);">![lvs][]

从上图（为了方便观察，使用了压力测试）可以看出，访问被正常的分担到了两台后端web服务器 。

## 六、后继问题探讨： ##

1、用户新上传的附件存放问题；目前我们采用的是NFS方式解决，但存在单点故障，需要配合其他方式解决。NFS的基本用法请参考《[NFS的配置和使用][NFS]》

2、后端数据库高可用性；

3、会话共享和保持问题（Session共享）；算法调整为SH可解决，但有RealServer宕机时，其上的session也会丢失。后期将调整为实现共享session。

LVS之七：使用持久连接解决session问题

前面在讨论LVS算法中，SH算法可以实现将同一客户端的请求总是发送给第一次指定的RS，除非该RS出现故障不能再提供服务。其实在LVS集群中，持久连接功能也能在一定时间内，将来自同一个客户端请求派发至此前选定的RS，而且是无关算法的。

## 持久连接的三种类型： ##

在基于SSL的加密https协议中，特别需要用到持久连接，因为客户端需要与服务器进行交换证书并协商加密算法等。

如果一个集群中提供了两种服务，持久连接会将同一客户端的所有请求都同步到同一RS。持久连接分三种：

*  **PPC（持久端口连接）：**将来自于同一个客户端对同一个集群服务的请求，始终定向至此前选定的RS；
 *  **PCC（持久客户端连接）：**将来自于同一个客户端对所有端口的请求，始终定向至此前选定的RS；PCC是把所有端口统统定义为集群服务，一律向RS转发；
 *  **PNMPP：**持久防火墙标记连接。使用iptables的标记功能，可以实现给多个服务（端口）打上相同的标记，然后在ipvsadm使用-f选项，并使用上述防火墙标记即可将多个服务放到一个LVS集群中。实现过程如下：

> \# iptables -t mangle -A PREROUTING -d 192.168.8.253 -p tcp --dport 80 -i $INCARD -j MARK --set-mark**10**  
> \# iptables -t mangle -A PREROUTING -d 192.168.8.253 -p tcp --dport 443 -i $INCARD -j MARK --set-mark**10**
> 
> \# ipvsadm -A -f **10** -s wlc –p 600

## 持久连接模板查看： ##

LVS的持久连接又集群的持久连接模板（一个内存缓冲区）提供；该持久连接模板保存着每一个客户端及分配给它的RS的映射关系。使用如下命令可以查看该模板：

> \[root@lvs ~\]\# **ipvsadm -L -c**  
> IPVS connection entries  
> pro expire state       source             virtual            destination  
> TCP 01:56  FIN\_WAIT    192.168.8.12:51822 172.16.1.253:http  172.16.1.102:http  
> TCP 01:57  FIN\_WAIT    192.168.8.12:51825 172.16.1.253:http  172.16.1.101:http  
> TCP 01:56  FIN\_WAIT    192.168.8.12:51821 172.16.1.253:http  172.16.1.101:http  
> TCP 01:42  FIN\_WAIT    192.168.8.12:51814 172.16.1.253:http  172.16.1.102:http  
> TCP 01:57  FIN\_WAIT    192.168.8.12:51826 172.16.1.253:http  172.16.1.102:http  
> TCP 01:57  FIN\_WAIT    192.168.8.12:51824 172.16.1.253:http  172.16.1.102:http  
> TCP 01:56  FIN\_WAIT    192.168.8.12:51820 172.16.1.253:http  172.16.1.102:http  
> TCP 14:58  ESTABLISHED 192.168.8.12:51828 172.16.1.253:http  172.16.1.102:http  
> TCP 01:55  FIN\_WAIT    192.168.8.12:51815 172.16.1.253:http  172.16.1.101:http  
> TCP 01:56  FIN\_WAIT    192.168.8.12:51823 172.16.1.253:http  172.16.1.101:http  
> TCP 01:57  FIN\_WAIT    192.168.8.12:51827 172.16.1.253:http  172.16.1.101:http

## 配置并启用lvs集群的持久连接： ##

### 基本语法： ###

> ipvsadm -A|E ... -p timeout
> 
> timeout: 持久连接时长，默认300秒；单位是秒；

在使用《[**LVS之四：DR模型实现**][LVS_DR]》中的lvs集群，每次刷新客户端时，都会在RS1和RS2上切换。如下图：

[![rs2][]][rs2 1]

### 我们启用持久连接： ###

> \[root@lvs ~\]\# ipvsadm -L -n  
> IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)  
> Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags  
> \-> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn  
> TCP  172.16.1.253:80 wlc  
> \-> 172.16.1.101:80              Route   5      0          1  
> \-> 172.16.1.102:80              Route   5      0          2  
> \[root@lvs ~\]\# ipvsadm -E -t 172.16.1.253:80 -p 600  
> \[root@lvs ~\]\# ipvsadm -L -n  
> IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)  
> Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags  
> \-> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn  
> TCP  172.16.1.253:80 wlc persistent 600  
> \-> 172.16.1.101:80              Route   5      0          0  
> \-> 172.16.1.102:80              Route   5      0          1

此时再次刷新客户端，会发现已经不会再改变RS。

> \[root@lvs ~\]\# ipvsadm -L --persistent-conn  
> IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)  
> Prot LocalAddress:Port            Weight    PersistConn ActiveConn InActConn  
> \-> RemoteAddress:Port  
> TCP  172.16.1.253:http wlc persistent 600  
> \-> 172.16.1.101:http            5         0           0          0  
> \-> **172.16.1.102:http            5         1           0          14**

[0280a197941186b2bb9956fa2cde960b.jpg]: /images/20220716/b65426b16072490fa332c89f77020d14.png
[LVS]: http://www.toxingwang.com/linux-unix/linux-admin/905.html
[lvs-dr-nat]: /images/20220716/3fe638eb896548559a2ce2b3890462f6.png
[lvs-dr-nat 1]: http://www.toxingwang.com/wp-content/uploads/2013/10/LVS-DR.jpg
[lvs-dr-rs-net]: /images/20220716/62a441d6dbeb4d359fb1a665ff99cb77.png
[http_1]: http://%241/
[LVS_NAT_TUN_DR]: http://www.toxingwang.com/linux-unix/haandclusters/905.html
[lvs-DR]: http://www.toxingwang.com/wp-content/uploads/2013/06/21.png
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[Link 1]: http://www.toxingwang.com/linux-unix/haandclusters/992.html
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[NFS]: http://www.toxingwang.com/linux-unix/linux-basic/387.html
[LVS_DR]: http://www.toxingwang.com/linux-unix/haandclusters/1613.html
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[rs2 1]: http://www.toxingwang.com/wp-content/uploads/2013/10/rs1.jpg