软件负载均衡之LVS

Posted 2021-04-15 IT生活杂文

负载均衡可以采用硬件设备(比如F5产品)，也可以采用软件负载(比如LVS)。

之前，IT君讲过硬件负载产品F5 BIG-IP LTM，由于硬件设备的成本昂贵，而且随着开源社区的日益完善和开源软件的成熟，很多中小型企业慢慢的拥抱软负载均衡(软负载有LVS、nginx、Haproxy等)，其中当属LVS最有名。

 

一、LVS简介

LVS是Linux Virtual Server的缩写，即Linux虚拟服务器，是由章文嵩博士发起的开源软件项目，官网是www.linuxvirtualserver.org，目前的Linux内核(2.4版本以后)均已经内置了LVS功能模块，也就是说可以直接使用，无需安装。

LVS是四层负载均衡，工作在OSI模型第四层之上(Nginx和Haproxy是七层负载均衡)。

LVS使用集群技术和Linux操作系统实现的一个高性能、高可用的服务器，具有很好的可伸缩性、可靠性和可管理性。

二、LVS主要组成部分

一般情况下，用LVS搭建的服务器集群系统采用三层结构。

LVS的主要组成部分如下：

1、负载调度器(loadbalance/Director Server)：位于整个集群系统的最前端，由一台或多台负载调度器(LVS模块就安装在上面，为了实现对Real Server进行监控，还需要安装Ldirectord模块)组成，负载将用户的请求发送到服务器池中的一组服务器上执行。

2、 服务器池(serverpool/Real Server)：由一组实际运行各种业务的应用服务器组成，Real Server可以是Web、FTP、DNS等服务器。实际应用中，负载调度器上也可以充当Real Server来使用。

3、 共享存储(sharedstorage)：是为服务器池中的所有Real Server提供共享存储空间和内容一致性的存储区域。

综上：Director Server是LVS的核心部分。

三、LVS负载均衡方式

这里就不介绍IPVS的安装了。

接下来，介绍下IPVS的工作模式，也就是LVS的负载机制。总共有三种负载机制，分别是VS/NAT、VS/TUN和VS/DR，详解如下：

VS/NAT的传输过程图解如下：

2、  VS/TUN：VS/TUN是Virtual Server via IP Tunneling的缩写，即IP隧道技术实现虚拟服务器。

它与VS/NAT的不同之处在于其转发报文的方式不同。Director将用户的请求通过IP Tunnel技术直接转发到服务器池中的某个Real Server，这个Real Server直接响应请求，没有经过Director。

VS/TUN的传输过程图解如下：

3、 VS/DR：VS/DR是Virtual Server via Direct Routing的缩写，即直接路由技术实现虚拟服务器。

VS/DR的传输过程的图解如下：

四、LVS负载均衡算法

在集群中，当Internet上的报文请求到达Director上，Director会选择某种算法，动态地选择服务器池中的某台Real Server来处理请求的报文。

这里Director涉及到的算法有8中调度算法。

调度算法分为固定调度算法和动态调度算法。

动态调度算法有：加权最小连接数算法、最小连接数算法、基于局部性的最小连接数算法、带复制的基于局部性的最小连接数算法。

接下来，粗略讲下这八种算法。

1、轮询算法：Director将请求依次分配给不同的RS，平均分配。

2、 加权轮询算法：Director按照RS的不同权值分配任务，也就是按一定的比例分配任务，权值高的RS分配到的任务也就多。

5、加权最小连接数算法：假设RSx的权值为Wx，当前的tcp连接数为Tx，则Director将以Tx/Wx为最小的RS为下一个分配任务的RS，也就是哪个RS的当前任务少的优先分配。

6、最小连接数算法：Director会根据IPVS表存储的所有活动的连接情况，通过比较连接数情况，将报文请求发送给当前连接最少的RS。

五、容灾

关于LVS集群的容灾可以分为RS容灾和LVS容灾。

RS容灾可以通过LVS上做定期健康监测，如果某台RS失效，则认为它下线了，就不会再转发报文到该RS上。

LVS的容灾可以通过主备+心跳的方式来实现，该容灾主要是靠keepalived来做的，当主LVS失去心跳，则备胎LVS将转正作为主LVS工作。

由于软件负载均衡除了LVS之外还有Nginx和Haproxy。IT君将在之后的文章中对Nginx和Haproxy进行介绍。

另外，IT君祝各位好友中秋节快乐。