末学者笔记--LVS负载均衡

Lvs负载均衡

一、负载均衡LVS基本介绍                                                                   

LVS是 Linux Virtual Server 的简称，也就是Linux虚拟服务器。这是一个由章文嵩博士发起的一个开源项目，它的官方网站是http://www.linuxvirtualserver.org现在 LVS 已经是 Linux 内核标准的一部分。使用 LVS 可以达到的技术目标是：通过 LVS 达到的负载均衡技术和 Linux 操作系统实现一个高性能高可用的 Linux 服务器集群，它具有良好的可靠性、可扩展性和可操作性。从而以低廉的成本实现最优的性能。LVS 是一个实现负载均衡集群的开源软件项目，LVS架构从逻辑上可分为调度层、Server集群层和共享存储。

 

Lvs特点：
1、抗负载能力强。抗负载能力强、性能高，能达到F5硬件的60%；对内存和cpu资源消耗比较低
2、工作在网络4层，通过vrrp协议转发（仅作分发之用），具体的流量由linux内核处理，因此没有流量的产生。
2、稳定性、可靠性好，自身有完美的热备方案；（如：LVS+Keepalived）
3、应用范围比较广，可以对所有应用做负载均衡；
4、不支持正则处理，不能做动静分离。
5、支持负载均衡算法：rr（轮循）、wrr（带权轮循）、lc（最小连接）、wlc（权重最小连接）
6、配置 复杂，对网络依赖比较大，稳定性很高。

 

Ngnix：
1、工作在网络的7层之上，可以针对http应用做一些分流的策略，比如针对域名、目录结构；
2、Nginx对网络的依赖比较小，理论上能ping通就就能进行负载功能；
3、Nginx安装和配置比较简单，测试起来比较方便；
4、也可以承担高的负载压力且稳定，一般能支撑超过1万次的并发；
5、对后端服务器的健康检查，只支持通过端口来检测，不支持通过url来检测。
6、Nginx对请求的异步处理可以帮助节点服务器减轻负载；
7、Nginx仅能支持http、https和Email协议，这样就在适用范围较小。
8、不支持Session的直接保持，但能通过ip_hash来解决。、对Big request header的支持不是很好，
9、支持负载均衡算法：Round-robin（轮循）、Weight-round-robin（带权轮循）、Ip-hash（Ip哈希）
10、Nginx还能做Web服务器即Cache功能。

 

HAProxy的特点是：
1、支持两种代理模式：TCP（四层）和HTTP（七层），支持虚拟主机；
2、能够补充Nginx的一些缺点比如Session的保持，Cookie的引导等工作
3、支持url检测后端的服务器出问题的检测会有很好的帮助。
4、更多的负载均衡策略比如：动态加权轮循(Dynamic Round Robin)，加权源地址哈希(Weighted Source Hash)，加权URL哈希和加权参数哈希(Weighted Parameter Hash)已经实现
5、单纯从效率上来讲HAProxy更会比Nginx有更出色的负载均衡速度。
6、HAProxy可以对Mysql进行负载均衡，对后端的DB节点进行检测和负载均衡。
9、支持负载均衡算法：Round-robin（轮循）、Weight-round-robin（带权轮循）、source（原地址保持）、RI（请求URL）、rdp-cookie（根据cookie）
10、不能做Web服务器即Cache。

 

二、LVS的组成                                                                                

LVS 由2部分程序组成，包括 ipvs 和 ipvsadm。

1. ipvs(ip virtual server)：一段代码工作在内核空间，叫ipvs，是真正生效实现调度的代码。
2. ipvsadm：另外一段是工作在用户空间，叫ipvsadm，负责为ipvs内核框架编写规则，定义谁是集群服务，而谁是后端真实的服务器(Real Server)

三、lvs的三种模式                                                                             

 

VS/DR模式

 

 

 

 

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。

 

【注意：】

需要设置lo接口的VIP不能响应本地网络内的arp请求。

 

优点：

 

和TUN（隧道模式）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。

 

DR模式的效率很高，但是配置稍微复杂一点，因此对于访问量不是特别大的公司可以用haproxy/nginx取代。日1000-2000W PV或者并发请求1万一下都可以考虑用haproxy/nginx。

 

缺点：

 

所有 RS 节点和调度器 LB 只能在一个局域网里面。

 

VS/TUN模式

 

 

 

 

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。

 

注意：

需要设置lo接口的VIP不能在公网上出现。

 

优点：

 

负载均衡器只负责将请求包分发给后端节点服务器，而RS将应答包直接发给用户。所以，减少了负载均衡器的大量数据流动，负载均衡器不再是系统的瓶颈，就能处理很巨大的请求量，这种方式，一台负载均衡器能够为很多RS进行分发。而且跑在公网上就能进行不同地域的分发。

 

缺点：

 

隧道模式的RS节点需要合法IP，这种方式需要所有的服务器支持”IP Tunneling”(IP Encapsulation)协议，服务器可能只局限在部分Linux系统上。

 

VS/NAT模式

 

 

 

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

 

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，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）增长过多时,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的流向都经过负载均衡器。当服务器节点过多时，大量的数据包都交汇在负载均衡器那，速度就会变慢！

 

四、LVS的八种调度算法                                                                 

1. 轮叫调度 rr
这种算法是最简单的，就是按依次循环的方式将请求调度到不同的服务器上，该算法最大的特点就是简单。轮询算法假设所有的服务器处理请求的能力都是一样的，调度器会将所有的请求平均分配给每个真实服务器，不管后端 RS 配置和处理能力，非常均衡地分发下去。

2. 加权轮叫 wrr
这种算法比 rr 的算法多了一个权重的概念，可以给 RS 设置权重，权重越高，那么分发的请求数越多，权重的取值范围 0 – 100。主要是对rr算法的一种优化和补充， LVS 会考虑每台服务器的性能，并给每台服务器添加要给权值，如果服务器A的权值为1，服务器B的权值为2，则调度到服务器B的请求会是服务器A的2倍。权值越高的服务器，处理的请求越多。

3. 最少链接 lc
这个算法会根据后端 RS 的连接数来决定把请求分发给谁，比如 RS1 连接数比 RS2 连接数少，那么请求就优先发给 RS1

4. 加权最少链接 wlc
这个算法比 lc 多了一个权重的概念。

5. 基于局部性的最少连接调度算法 lblc
这个算法是请求数据包的目标 IP 地址的一种调度算法，该算法先根据请求的目标 IP 地址寻找最近的该目标 IP 地址所有使用的服务器，如果这台服务器依然可用，并且有能力处理该请求，调度器会尽量选择相同的服务器，否则会继续选择其它可行的服务器

6. 复杂的基于局部性最少的连接算法 lblcr
记录的不是要给目标 IP 与一台服务器之间的连接记录，它会维护一个目标 IP 到一组服务器之间的映射关系，防止单点服务器负载过高。

7. 目标地址散列调度算法 dh
该算法是根据目标 IP 地址通过散列函数将目标 IP 与服务器建立映射关系，出现服务器不可用或负载过高的情况下，发往该目标 IP 的请求会固定发给该服务器。

8.源地址散列调度算法 sh

与目标地址散列调度算法类似，但它是根据源地址散列算法进行静态分配固定的服务器资源。

 

五、DR配置                             

 

#，，，，，，，

【主机ip】

    

    direct_server:192.168.254.17

    

    real_server:192.168.254.18

    real_server:192.168.254.19

【vip】    

    #vip为虚拟服务ip

    vip:192.168.254.250    

    

    

direct_server：

    yum install ipvsadm -y   #下载ipvsadm

 

【配置调度器】

direct_server:

    ipvsadm -C    #清除配置信息

    

    #添加对外提供的服务ip（vip）

    ipvsadm -A -t 192.168.254.250:80 -s rr    #-A为ADD   -t为tcp   -s rr为设置算法为轮叫算法

    

    #添加2台real_server主机

    ipvsadm -a -t 192.168.254.250:80 -r 192.168.254.18:80 -g #-a为add   -t为tcp   -r为realserver   -g为DR路由模式

    ipvsadm -a -t 192.168.254.250:80 -r 192.168.254.19:80 -g #-a为add   -t为tcp   -r为realserver   -g为DR路由模式

    

    #配置网卡的子网口为vip，ip地址为192.168.254.250

    ifconfig ens33:0 192.168.254.250 broadcast 192.168.254.250 netmask 255.255.255.255 up

    

    #添加路由（访问192.168.254.250都走ens33:0这个网卡)

    route add -host 192.168.254.250 dev ens33:0

 

【配置real_server】:

    #在回环地址的子网口上配置服务ip(vip)

    ifconfig lo:0 192.168.254.250 broadcast 192.168.254.250 netmask 255.255.255.255 up

    

    #添加路由

    route add -host 192.168.254.250 dev lo:0

 

    #降低RS的响应

    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

 

    #开启响应（实验后）

    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

    

    

    arp_ignore:定义接收到ARP请求时的响应级别      

        0：默认，只用本地配置的有响应地址都给予响应       

        1：仅仅在目标IP是本地地址，并且是配置在请求进来的接口上的时候才给予响应

            (仅在请求的目标地址配置请求到达的接口上的时候，才给予响应)

 

    arp_announce：定义将自己的地址向外通告时的级别       

        0：默认，表示使用配置在任何接口的任何地址向外通告       

        1：尽量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       

六，nat配置                                                                           =

DS:桥接:192.168.31.100

        255.255.255.0

        192.168.31.1

   vmnet2:192.168.250.1

          255.255.255.0

RS1:192.168.250.2

    255.255.255.0

    192.168.250.1

RS2:192.168.250.3

    255.255.255.0

    192.168.250.1

 

#挂载本地镜像mount /dev/cdrom /mnt/

cd /mnt/Packages/

 

#安装ipvsadm包

rpm -ivh ipvsadm-1.27-7.el7.x86_64.rpm

或 yum install ipvsadm -y

 

#开启转发模式

[root@db1 ~]# cat /proc/sys/net/ipv4/ip_forward

 0

[root@db1 ~]#echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
或者
——vim /etc/sysctl.conf

net.ipv4.ip_forward = 1    
——sysctl -p

 

#配置nat模式
ipvsadm -A -t 192.168.31.100:80 -s rr
ipvsadm -a -t 192.168.31.100:80 -r 192.168.250.2 -m
ipvsadm -a -t 192.168.31.100:80 -r 192.168.250.3 -m

-A ：add server 添加服务ip；

-t ：tcp协议

-s ：scheduler 调度（这里是调度算法）

-a ：add real services，添加真实服务

-r ：real services ，真实服务ip

-m ：表示NAT模式

#如果想让配置保存下来需要

 #查看ipvsadm包的文件位置
[root@db1 ~]# rpm -ql ipvsadm-1.27-7.el7.x86_64
/etc/sysconfig/ipvsadm-config
/usr/lib/systemd/system/ipvsadm.service
/usr/sbin/ipvsadm /usr/sbin/ipvsadm-restore
/usr/sbin/ipvsadm-save /usr/share/doc/ipvsadm-1.27
/usr/share/doc/ipvsadm-1.27/README /usr/share/man/man8/ipvsadm-restore.8.gz
/usr/share/man/man8/ipvsadm-save.8.gz /usr/share/man/man8/ipvsadm.8.gz
#查看ipvsadm.service服务的结构可以看到配置未见在/etc/sysconfig/ipvsadm

 
[root@db1 ~]# cat /usr/lib/systemd/system/ipvsadm.service
那么我们只需要ipvsadm -S > /etc/sysconfig/ipvsadm就可以把配置文件保存在配置文件中
ipvsadm -R < /etc/sysconfig/ipvsadm就可以从配置文件中恢复到当前配置

七，tun配置                                                                          

tun隧道模式

    lvs-server

    ifconfig tunl0 192.168.254.250 broadcast 192.168.254.250 netmask 255.255.255.0 up

    route add -host 192.168.254.250 dev tunl0

    ipvsadm -A -t 192.168.254.250:80 -s rr

    ipvsadm -a -t 192.168.254.250:80 -r 192.168.254.18 -i

    ipvsadm -a -t 192.168.254.250:80 -r 192.168.254.19 -i

    real server

    ifconfig tunl0 192.168.254.250 netmask 255.255.255.255 broadcast 192.168.254.250 up

    route add -host 192.168.254.250 dev tunl0

    echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/tunl0/arp_ignore

    echo "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/tunl0/arp_announce

    echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore

    echo "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce

    echo "0" >/proc/sys/net/ipv4/conf/tunl0/rp_filter

    echo "0" > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/rp_filter

 

    0：不开启源地址校验。

    1：开启严格的反向路径校验。对每个进来的数据包，校验其反向路径是否是最佳路径。

        如果反向路径不是最佳路径，则直接丢弃该数据包。

    2：开启松散的反向路径校验。对每个进来的数据包，校验其源地址是否可达，即反向路径是否能通（通过任意网口），

        如果反向路径不同，则直接丢弃该数据包。

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