LVS(Linux Virtual Server) 学习笔记

叁歲伎倆 2022-09-24 04:29 18阅读 0赞

# [LVS(Linux Virtual Server) 学习笔记][LVS_Linux Virtual Server_] #

#### 1.LVS简介 ####

最近学习了[LVS][]（Linux Virtual Server）的集群技术，把搜集的一些资料整理一下。LVS（Linux Virtual Server）其实就是针对高可伸缩、高可用网络服务的需求，给出了基于IP层和基于内容请求分发的负载平衡调度解决方法，并在Linux内核中实现了这些方法，将一组服务器构成一个实现可伸缩的、高可用网络服务的虚拟服务器。  
所以，lvs需要内核有ipvs支持，确保你的内核支持ipvs后，只需安装ipvsadm就可以把一台服务器配置成负载调度器（Load Balancer）。对外提供服务的IP，也就是我们访问的IP称做VIP。调度器LB的任务主要是分发请求，真正处理的是真实服务器(Real Server)。这就是LVS工作的基本方式和一些基本术语，下面是一张结构图。

![lvs-architecture.jpg][]

负载调度器（load balancer）：它是整个集群对外面的前端机，负责将客户的请求发送到一组服务器上执行，而客户认为服务是来自一个IP地址（我们可称之为虚拟IP地址）上的。  
服务器池（server pool）：是一组真正执行客户请求的服务器，执行的服务有WEB、MAIL、FTP和DNS等。  
共享存储（shared storage）：它为服务器池提供一个共享的存储区，这样很容易使得服务器池拥有相同的内容，提供相同的服务。

### 2.IP虚拟服务器软件IPVS ###

**IPVS软件实现了这三种IP负载均衡技术，它们的大致原理如下：**

**![vs-nat.jpg][]**

** **

### Virtual Server via Network Address Translation（VS/NAT） ###

通过网络地址转换，调度器重写请求报文的目标地址，根据预设的调度算法，将请求分派给后端的真实服务器；真实服务器的响应报文通过调度器时，报文的源地址被重写，再返回给客户，完成整个负载调度过程。

![vs-tun.jpg][]

### Virtual Server via IP Tunneling（VS/TUN） ###

采用NAT技术时，由于请求和响应报文都必须经过调度器地址重写，当客户请求越来越多时，调度器的处理能力将成为瓶颈。为了解决这个问题，调度器把请求报 文通过IP隧道转发至真实服务器，而真实服务器将响应直接返回给客户，所以调度器只处理请求报文。由于一般网络服务应答比请求报文大许多，采用 VS/TUN技术后，集群系统的最大吞吐量可以提高10倍。

![vs-dr.jpg][]

### Virtual Server via Direct Routing（VS/DR） ###

VS/DR通过改写请求报文的MAC地址，将请求发送到真实服务器，而真实服务器将响应直接返回给客户。同VS/TUN技术一样，VS/DR技术可极大地 提高集群系统的伸缩性。这种方法没有IP隧道的开销，对集群中的真实服务器也没有必须支持IP隧道协议的要求，但是要求调度器与真实服务器都有一块网卡连 在同一物理网段上。

**三种IP负载均衡技术的优缺点比较:**  
杂项　　　　　　　　　VS/NAT　　　　 VS/TUN　　　　　　VS/DR  
服务器操作系统　　　　任意　　　　　　支持隧道　　　　　多数(支持Non-arp )  
服务器网络　　　　　　私有网络　　　　局域网/广域网　　 局域网  
服务器数目(100M网络) 10-20　　　　　 100　　　　　　　 多(100)  
服务器网关　　　　　　负载均衡器　　　自己的路由　　　　自己的路由  
效率　　　　　　　　　一般　　　　　　高　　　　　　　　最高

**针对不同的网络服务需求和服务器配置，IPVS调度器实现了如下八种负载调度算法：**  
轮叫（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。

加权轮叫（Weighted Round Robin）  
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。

最少链接（Least Connections）  
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。

加权最少链接（Weighted Least Connections）  
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。

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

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

目标地址散列（Destination Hashing）  
“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。

源地址散列（Source Hashing）  
“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。

## 3.实现VS/NAT ##

**环境：**LB：ipvsadm，RS：LAMP  
ipvsadm可以到官网下载安装：[http://www.linuxvirtualserver.org/software/index.html][http_www.linuxvirtualserver.org_software_index.html]；LAMP安装省略，网上资料很多。  
VIP:192.168.1.100  
LB:10.3.37.100  
RS:10.3.37.101  
RS:10.3.37.102  
RS:10.3.37.103  
RS:10.3.37.104

**LB配置：**  
外部地址为192.168.1.100 内部地址为10.3.37.100，LVS在VS/NAT、VS/DR和VS/TUN3种方式下均需要打开ip\_forward功能。

vi /etc/sysctl.conf  
    #加入一行 
    net.ipv4.ip_forward = 1  
    #退出编辑，执行sysctl -p使配置生效。 
    sysctl -p

ipvs的脚本（ipvsadin详解见下文）

![复制代码][copycode.gif]

#!/bin/sh 
      
    ipvsadm -C  
    ipvsadm -A -t 192.168.1.100:80 -s wlc  
    ipvsadm -a -t 192.168.1.100:80 -r 10.3.37.101:80 -m  
    ipvsadm -a -t 192.168.1.100:80 -r 10.3.37.102:80 -m  
    ipvsadm -a -t 192.168.1.100:80 -r 10.3.37.103:80 -m  
    ipvsadm -a -t 192.168.1.100:80 -r 10.3.37.104:80 -m

![复制代码][copycode.gif]

**RealServer的配置（网关设置成BL内网IP:10.3.37.100）：**  
网关配置(/etc/sysconfig/network 文件的内容如下)

NETWORKING=yes  
    HOSTNAME=localhost.localdomain  
    GATEWAY=10.3.37.100

网卡配置文件(/etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0的内容如下)

DEVICE=eth0  
    ONBOOT=yes  
    BOOTPROTO=static  
    IPADDR=10.3.37.101  
    NETMASK=255.255.255.0  
    BROADCAST=10.3.37.255

### 4.实现VS/DR ###

只要知道了原理和ipvsadm基本使用，配置和VS/NAT没多大差别，关键在于RS上要关闭arp。  
**RealServer的配置：**

![复制代码][copycode.gif]

vi /etc/sysctl.conf  
    #加入一行 
    net.ipv4.ip_forward = 1  
    net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1  
    net.ipv4.conf.lo.arp_announce = 2  
    net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1  
    net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2  
    #退出编辑，执行sysctl -p使配置生效。  
    sysctl -p

![复制代码][copycode.gif]

### 5.ipvsadm详解 ###

![复制代码][copycode.gif]

1 1，virtual-service-address:是指虚拟服务器的ip 地址  
     2 2，real-service-address:是指真实服务器的ip 地址  
     3 3，scheduler：调度方法  
     4 (lna@networksbase.com 翻译 ipvsadm v1.21 2004 年4 月)  
     5 ipvsadm 的用法和格式如下：  
     6 ipvsadm -A|E -t|u|f virutal-service-address:port [-s scheduler] [-p  
     7 [timeout]] [-M netmask]  
     8 ipvsadm -D -t|u|f virtual-service-address  
     9 ipvsadm -C  
    10 ipvsadm -R  
    11 ipvsadm -S [-n]  
    12 ipvsadm -a|e -t|u|f service-address:port -r real-server-address:port  
    13 [-g|i|m] [-w weight]  
    14 ipvsadm -d -t|u|f service-address -r server-address  
    15 ipvsadm -L|l [options]  
    16 ipvsadm -Z [-t|u|f service-address]  
    17 ipvsadm --set tcp tcpfin udp  
    18 ipvsadm --start-daemon state [--mcast-interface interface]  
    19 ipvsadm --stop-daemon  
    20 ipvsadm -h  
    21 命令选项解释：  
    22 有两种命令选项格式，长的和短的，具有相同的意思。在实际使用时，两种都可  
    23 以。  
    24 -A --add-service 在内核的虚拟服务器表中添加一条新的虚拟服务器记录。也  
    25 就是增加一台新的虚拟服务器。  
    26 -E --edit-service 编辑内核虚拟服务器表中的一条虚拟服务器记录。  
    27 -D --delete-service 删除内核虚拟服务器表中的一条虚拟服务器记录。  
    28 -C --clear 清除内核虚拟服务器表中的所有记录。  
    29 -R --restore 恢复虚拟服务器规则  
    30 -S --save 保存虚拟服务器规则，输出为-R 选项可读的格式  
    31 -a --add-server 在内核虚拟服务器表的一条记录里添加一条新的真实服务器  
    32 记录。也就是在一个虚拟服务器中增加一台新的真实服务器  
    33 -e --edit-server 编辑一条虚拟服务器记录中的某条真实服务器记录  
    34 -d --delete-server 删除一条虚拟服务器记录中的某条真实服务器记录  
    35 -L|-l --list 显示内核虚拟服务器表  
    36 -Z --zero 虚拟服务表计数器清零（清空当前的连接数量等）  
    37 --set tcp tcpfin udp 设置连接超时值  
    38 --start-daemon 启动同步守护进程。他后面可以是master 或backup，用来说  
    39 明LVS Router 是master 或是backup。在这个功能上也可以采用keepalived 的  
    40 VRRP 功能。  
    41 --stop-daemon 停止同步守护进程  
    42 -h --help 显示帮助信息  
    43 其他的选项:  
    44 -t --tcp-service service-address 说明虚拟服务器提供的是tcp 的服务  
    45 [vip:port] or [real-server-ip:port]  
    46 -u --udp-service service-address 说明虚拟服务器提供的是udp 的服务  
    47 [vip:port] or [real-server-ip:port]  
    48 -f --fwmark-service fwmark 说明是经过iptables 标记过的服务类型。  
    49 -s --scheduler scheduler 使用的调度算法，有这样几个选项  
    50 rr|wrr|lc|wlc|lblc|lblcr|dh|sh|sed|nq,  
    51 默认的调度算法是： wlc.  
    52 -p --persistent [timeout] 持久稳固的服务。这个选项的意思是来自同一个客  
    53 户的多次请求，将被同一台真实的服务器处理。timeout 的默认值为300 秒。  
    54 -M --netmask netmask persistent granularity mask  
    55 -r --real-server server-address 真实的服务器[Real-Server:port]  
    56 -g --gatewaying 指定LVS 的工作模式为直接路由模式（也是LVS 默认的模式）  
    57 -i --ipip 指定LVS 的工作模式为隧道模式  
    58 -m --masquerading 指定LVS 的工作模式为NAT 模式  
    59 -w --weight weight 真实服务器的权值  
    60 --mcast-interface interface 指定组播的同步接口  
    61 -c --connection 显示LVS 目前的连接 如：ipvsadm -L -c  
    62 --timeout 显示tcp tcpfin udp 的timeout 值 如：ipvsadm -L --timeout  
    63 --daemon 显示同步守护进程状态  
    64 --stats 显示统计信息  
    65 --rate 显示速率信息  
    66 --sort 对虚拟服务器和真实服务器排序输出  
    67 --numeric -n 输出IP 地址和端口的数字形式

![复制代码][copycode.gif]

[LVS_Linux Virtual Server_]: http://www.cnblogs.com/lw900320/archive/2012/07/26/2610203.html
[LVS]: http://www.linuxvirtualserver.org/
[lvs-architecture.jpg]: http://sapling.me/wp-content/uploads/2010/11/lvs-architecture.jpg
[vs-nat.jpg]: http://sapling.me/wp-content/uploads/2010/11/vs-nat.jpg
[vs-tun.jpg]: http://sapling.me/wp-content/uploads/2010/11/vs-tun.jpg
[vs-dr.jpg]: http://sapling.me/wp-content/uploads/2010/11/vs-dr.jpg
[http_www.linuxvirtualserver.org_software_index.html]: http://www.linuxvirtualserver.org/software/index.html
[copycode.gif]: /images/20220719/bf39bb0d336e48d78c76d754124ab443.png