LVS 负载均衡集群

集群

集群（Cluster）是一组相互连接的计算机或服务器，它们通过网络一起工作以完成共同的任务或提供服务。集群的目标是通过将多台计算机协同工作，提高计算能力、可用性、性能和可伸缩性，适用于大量高并发的场景。

集群分类

• 负载均衡器：减少响应延迟，提供并发处理能力
• 高可用：系统稳定性，减少服务器中断的时间，减少损失
• 高性能：高性能运算能力 分布式 并发

负载均衡器的集群架构

• 负载调度器

访问整个群集系统的唯一入口， 对外使用所有服务器共有的VIP地址，也称为群集IP地址。通常会配置主、备两台调度器实现热备份，当主调度器失效以后能够平滑替换至备用调度器，确保高可用性。

• 节点服务池

群集所提供的应用服务、由服务器池承担，其中每个节点具有独立的RIP地址(真实IP)，只处理调度器分发过来的客户机请求。当某个节点暂时失效时，负载调度器的容错机制会将其隔离，等待错误排除以后再重新纳入服务器池。

• 共享存储

为服务器池中的所有节点提供稳定、一致的文件存取服务， 确保整个群集的统一性共享存储可以使用NAS设备，或者提供NFS共享服务的专用服务器。

负载均衡群集工作模式

• 地址转换（NAT模式）

类似于防火墙的私有网络结构，负载调度器作为所有服务器节点的网关，即作为客户机的访问入口，也是各节点回应客户机的访问出口

• IP隧道（TUN模式）

采用开放式的网络结构，负载调度器仅作为客户机的访问入口，各节点通过各自的Internet连接直接回应客户机，而不再经过负载调度器
服务器节点分散在互联网中的不同位置，具有独立的公网IP地址，通过专用IP隧道与负载调度器相互通信；但成本高，数据转发会受到IP隧道的额外影响。

• 直接路由（DR模式）

采用半开放式的网络结构，与TUN模式的结构类似，但各节点并不是分散在各地，而是与调度器位于同一个物理网络
负载调度器与各节点服务器通过本地网络连接，不需要建立专用的IP隧道，数据转发也不受影响。

关于LVS虚拟服务器

• 针对Linux内核开发的负载均衡解决方案
• 1998年5月，由我国的章文嵩博士创建
• 官方网站: http://www.linuxvirtualserver.orgl
• LVS 实际上相当于基于IP地址的虚拟化应用， 为基于IP地址和内容请求分发的负载均衡提出了一种高效的解决方法

LVS现在已成为Linux内核的一部分，默认编译为ip_ vs模块，必要时能够自动调用。在Cent7系统中，以下操作可以手动加载ip_ vs模块，并查看当前系统中ip_ vs模块的版本信息：

modprobe ip_vs         #加载ip_vs模块
cat /proc/net/ip_vs    #确认内核对LVS的支持

LVS组成

• LVS基于内核态的netfilter框架实现的ipvs功能，工作在内核态；用户配置VIP等相关信息并传到ipvs，需要用到ipvsadm工具
• ipvsadm是用户态的配套工具，可实现VIP和rs的增删改查，类似于iptables工具

LVS作用

• 主要用于多服务器的负载均衡
• 工作在网络层，可实现高性能、高可用的服务器集群技术
• 廉价，把许多低性能的服务器组合成一个超级服务器
• 配置简单，有多重负载均衡方式
• 稳定可靠，即使在集群服务器中某一台挂了，也不影响
• 扩展性好

LVS负载调度算法

• 轮询 (Round Robin)

将收到的访问请求按照顺序轮流分配给群集中的各节点(真实服务器) ，均等地对待每一台服务器 ，而不管服务器实际的连接数和系统负载

• 加权轮询 (Weighted Round Robin)

根据调度器设置的权重值来分发请求，权重值高的节点优先获得任务，分配的请求数越多
保证性能强的服务器承担更多的访问流量

• 最少连接 (Least Connections )

根据真实服务器已建立的连接数进行分配，将收到的访问请求优先分配给连接数最少的节点

• 加权最少连接(Weighted Least Connections )

在服务器节点的性能差异较大时，可以为真实服务器自动调整权重
性能较高的节点将承担更大比例的活动连接负载

LVS群集创建与管理

1. 创建虚拟服务器
2. 添加、删除服务器节点
3. 查看群集及节点情况
4. 保存负载分配策略

ipvsadm工具

LVS的管理工具是ipvsadm，其下工具选项说明

-A         添加虚拟服务器
-D         删除整个虚拟服务器
-s          指定负载调度算法 (轮询:rr、加权轮询: wrr、最少连接: lc、加权最少连接: wlc )
-a         表示添加真实服务器 (节点服务器)
-d         删除某一个节点
-t          指定 VIP地址及 TCP端口
-r          指定 RIP地址及 TCP端口
-m        表示使用 NAT群集模式.
-g         表示使用 DR模式
-i          表示使用 TUN模式
-w        设置权重 (权重为 0 时表示暂停节点)
-p 60    表示保持长连接60秒
-l          列表查看 LVS 虚拟服务器 (默认为查看所有)
-n         以数字形式显示地址、端口等信息，常与 “-l” 选项组合使用。ipvsadm -ln

总结