LVS

Posted 2021-01-01 w787815

简介:

Linux 虚拟服务器(Linux Virtual Server. LVS),是一个由章文松开发的自由软件.利用KVS可以实现高可用的、可伸缩缩的Web, Mail, Cache和Medial等网络股务..井在此基 础上开发支持庞大用户数的，可伸缩的，高可用的电子商务应用。LVS1998年发展到现在，已经变得比较成熟，目前广泛应用在各种网络服务和电了商务应用 中.
LVS具有很好的伸缩缩性、可靠性和管埋性，通过LVS要实现的最终目标是：利用linux 操作系统和LVS集群软件实现一个高可用、高性能，低成本的服务器应用集群。

LVS集群的组成
利用LVS架设的服务器群系统由3个部分组成：最前端的是负栽均衡层（这里用 Lo ad Balancer表示），中间是服务器集群层(用Server Array表示).
LVS体系结构如下图所示：

下面对LVS的各个组成部分进行详细介绍
负载均衡层：位于整个集群系统的最前端，由一台或多台负栽调度器（Dircctm Server)组成.LVS核心模块IPVS就安装在director Server上，而director的主要作用类似于一个路由器，它含有为完成LVS功能所设定的路由表，通过这些路由表把用户的请求分发给服务器群组层 的应用服务器(real Server)。同时，在director server上还要安装队real server的监控模块Ldirectord，此模块用于监测各个real server 服务的健康状况。在real server 不可同时可以讲其从LVS路由表中剔除，在恢复时重新加入。
服务器群组层：由一组实际运行应用服务的机器组成，real Server可以是Web服务器、Mail服务器、FTP服务器、DNS服务器、视颊服务器中的一个或多个，每个Real Server之间通过高速的LAN或分布在各地的WAN相连接:实际的应用中， Director Server也可以同时兼任Real Server的角色
共字存储层是为所有Real Server提供共亨存储空问和内容一致性的存储区域，一般由磁盘阵列设备组成。为了提俱内容的一致性，一般可以通过NFS网络义件系统共 亨数据，但是NFS在繁忙的业务系统中，性能并不是很好，此时可以采用集群文件 系统，例如Red Hat的GFS文件系统，Oracle提供的OS2文件系统等。
从整个LVS结构可以看出，Director Server是整个LVS的核心。目前，用干Director Server 的操作系统只有Linux和FreeBSD, Linux 2.6内核完全内置了LVS的各个模块，不用任何 设置就可以支持LVS功能。

LVS集群的特点
1. IP 负载均衡与负载调度
1负栽均衡技术有很多实现方案，有基于DNS.域名轮流解析的方法，有基于客户端调度访问的方法，还有基于应用层系统负栽的调度方法，还有基于p地址的调度方法。在这些负栽 调度算法中，执行效率最卨的是IP负栽均衡技术。
LVS 的IP负栽均衡技术是通过IPVS模块来实现的。IPVS是LVS集群系统的核心软件， 它的主要作用是:安装在Director Server上，同时在Director Server ..上虚拟出一个IP地址， 用户必须通过这个虚拟的IP地址访问服务器，这个虚拟IP —般称为LVS的VIP,即Virtual IP  访问的请求首先经过VIP到达负栽调度器，然后由负栽调度器从Real Server列表中选取 一个服务节点响应用户的请求。
在用户的清求到达负栽调度器后，调度器如何将请求发送到提供服务的Real Server节 点，而Real Server节点如何返回数据给用户，是IPVS实现的重点技术。IPVS实现负栽均衡的方式有4种.分别是NAT|Full NAT、TUN和DR。

IPVS/NAT ：即 Virtual Server via Network Address Translation,也就是网络地址翻译技术实现虚拟服务器。当用户请求到达调度器时，调度器将请求报文的目标地址（即 虚拟IP地址）改写成选定的Real Server地址，同时将报文的目标端口也改成选定的 Real Server的相应端口，最后将报文请求发送到选定的Real Server。在服务器端得到数据后，Real Server将数据返回给用户时，需要再次经过负栽调度器将报文的源地址和源端口改成虚拟IP地址和相应端口,然后把数据发送给用户，完成整个负栽调度过 程。可以看出，在NAT方式下，用户请求和响应报文都必须经过Director Server地址重写， 当用户请求越来越多时，调度器的处理能力将成为瓶颈. 如下图所示：IPVS/NAT 架构图

NAT：多目标的DNAT

特性：

• RS应该使用私有地址；

• RS的网关必须指向DIP；

• RIP和DIP必须在同一网段内；

• 请求和响应的报文都得经过Director；（在高负载应用场景中，Director很可能成为系统性能瓶颈）

• 支持端口映射；

• RS可以使用任意支持集群服务的OS(如Windows)

适用场景：

• 非高并发请求场景，10个RS以内；可隐藏内部的DIP和RIP地址；

结构图:

 

LVS/TUN ：即Virtual Server via IP Tunneling,也就是通过IP隧道技术实现虚拟服务器。这种方式的连接调度度和管理与VS/NAT方式一样，只是报文转发方法不同。在 VS/TUN方式中，调度器采用IP隧道技术将用户清求转发到某个Real Server,而这 个Real Server 将直接响应用户的请求，不再经过前端调度器。此外，对Real Server 的地域位置没有要求，可以和Director Server位于同一个网段，也可以在独立的一个 网络中。因此，在TUN方式中，调度器将只处理用户的报文请求，从而使集群系统 的吞吐量大大提高。

TUN：IP隧道，即含有多个IP报头

特性：

• RIP、DIP、VIP都得是公网地址；

• RS的网关不会指向也不可能指向DIP；

• 请求报文经过Director，但响应报文一定不经过Director；

• 不支持端口映射；

• RS的操作系统必须得支持隧道功能，即部署ipip模块

适用场景：

• 跨互联网的请求转发

FULLNAT是一种新的转发模式
– 主要思想：引入local address（内网ip地址），cip-vip转
换为lip->rip，而 lip和rip均为IDC内网ip，可以跨vlan通
讯；FULLNAT：NAT模型的改进版

特性：

• 实现RS间跨VLAN通信，是NAT模式的改进版；

• 默认内核不支持，需重新编译内核，才能使用；

适用场景：

• 内网服务器跨VLAN的负载分担

LVS/DR： 即Virtual Server via Direct Routing,也就是用直接路由技术实现虚拟服务器。 这种方式的连按调度和管理与前两种一样，但它的报文转发方法又有所不同，VS/DR 通过改写请求报文的MAC地址，将请求发送到Real Server,而Real Server将响应直接返回给客户.免去了VS/TUN中的IP隧道开销，这种方式是3种负莪调度方式中 性能最好的，但是要求Director Server与Real Server必须由一块网卡连在同一物理网段上。

如下图所示：VS/DR 架构图

DR：Direct Routing

需解决的关键问题：

• 让前端路由将请求发往VIP时，只能是Director上的VIP进行响应；实现方式是修改RS上的Linux内核参数，将RS上的VIP配置为lo接口的别名，并限制Linux仅对对应接口的ARP请求做响应

特性：

• RS可以使用私有地址，但也可以使用公网地址，此时可以直接通过互联网连入RS以实现配置，监控等；

• RS的网关一定不能指向DIP；

• RS和Director要在同一物理网络(即不能由路由器分隔)

• 请求报文经过Director，但响应报文一定不进过Director；

• 不支持端口映射；

• RS可以使用大多数的操作系统

适用场景：

• 因为响应报文不经过Director，极大的减轻了Director的负载压力，故Director可以支持更大的并发访问，一般RS在100台以内；