LVS负载均衡
一、LVS是什么
LVS是linux virtual server的简写linux虚拟服务器，是一个虚拟的服务器集群系统，可以在unix/linux平台下实现负载均衡集群功能。该项目在1998年5月由章文嵩博士组织成立。
LVS是一种集群(Cluster)技术，现在LVS已经是 Linux标准内核的一部分，采用IP负载均衡技术和基于内容请求分发技术。
二、LVS的作用
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高并发连接：LVS基于内核网络层面工作，有超强的承载能力和并发处理能力。单台LVS负载均衡器，可支持上万并发连接。稳定性强：是工作在网络4层之上仅作分发之用，这个特点也决定了它在负载均衡软件里的性能最强，稳定性最好，对内存和cpu资源消耗极低。
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成本低廉：硬件负载均衡器少则十几万，多则几十万上百万，LVS只需一台服务器和就能免费部署使用，性价比极高。
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配置简单：LVS配置非常简单，仅需几行命令即可完成配置，也可写成脚本进行管理。
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支持多种算法：支持多种论调算法，可根据业务场景灵活调配进行使用
支持多种工作模型：可根据业务场景，使用不同的工作模式来解决生产环境请求处理问题。 -
应用范围广：因为LVS工作在4层，所以它几乎可以对所有应用做负载均衡，包括http、数据库、DNS、ftp服务等等
三、lvs的三种工作模式
1.基于NAT的LVS模式负载均衡
NAT（network address translation） 网络地址转换，其主要原理是修改数据报头，使得位于企业内部的私有ip地址可以访问外王，以及外部用户可以访问位于公司内部的私有的ip主机。
工作过程：
（1）：用户通过互联网DNS服务器解析到公司负载均衡设备上的外网地址，相对于真实服务器而言，LVS外网ip又称为vip，用户通过访问vip，即可连接后端的真实服务器，而此时用户对这一切都是不可知的，用户认为自己还在访问真实的后端服务器，也不知道自己访问的vip只是一个调度器。
（2）：用户将请求发送至调度器上，此时LVS根据算法选择一个后端的真实服务器，将数据请求包转发给真实服务器，并在转发之前LVS会修改数据包中的目标地址以及目标端口，此时修改为真实的服务器ip地址
（3）：真实的服务器将响应的数据包返回给LVS调度器，调度器在响应数据包后会将源地址和源端口修改为vip及调度器相应端口，修改完成后，由调度器响应数据包发送给终端
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LVS调度器中有一个连接Hash表，该表会记录连接请求及其转发信息，当同一个连接下一个数据包发送给调度器时，该Hash'表可以直接找到之前连接的记录，并根据记录信息选出相同真实服务器及其端口信息。
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NAT的优点时服务器可以运行在任何支持TCP/IP的操作系统，他只需要在调度器上配置一个ip服务器组可以用私有的ip地址。
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NAT的缺点时伸缩能力有限，当服务器节点数目上升到20时，调度器本身有可能成为系统的新瓶颈，因为请求和响应的报文都需要经过调度器。
2.基于TUN模式的LVS负载均衡
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LVS（NAT）模式的集群环境中，所有数据包的请求的回应的哦欧需要经过调度器处理，但是在TUN模式中，将NAT模式中的问题有所解决。因为数据包的请求包往往远远小于响应数据包的大小。因为响应数据包中有包含客户需要的具体数据所以，TUN的原理就是将请求与响应数据分离。，让调度器仅仅处理数据请求，让真实的服务器响应数据包直接返回给客户。
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IP（隧道）是一种数据包分装技术，他可以经原始的数据包分装并添加新的包头（内容包括新的源地址及端口、目标地址及端口），从而实现将一个目标为调度器的vip地址的数据包分装，通过隧道转发给真实的后端服务器，通过将客户端发往调度器的原始数据包分装，并在其基础上添加新的数据包头（修改目标地址为调度器选择出来的真实服务的ip地址以及对应端口），lLVS（Tun）模式要求真实的服务器可以与外部网络连接，真实服务器在受到请求数据包后直接给客户端返回响应数据。
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LVS(Tun)技术对服务器有要求，即所有服务器必须支持"IP Tunneling"或者IP Encapsulation”协议。目前,VS/TUN 的后端服务器主要运行 Linux 操作系统。
3.LVS(DR)负载模式
- 在LVS（TUN）模式中，需要LVS调度器与真实的服务器之间创建隧道连接，这样就会增加服务器的负担。DR模式也叫路由模式，该模式中LVS依然仅承担数据的请求以及根据算法调度出合理的后端服务器，最终由后端真实服务器负责响应数据包发送返回给客户端。与隧道模式不同的是，DR模式要求调度器与后端服务器必须在统一个局域网内u，VIP地址需要在调度器与后端所有服务器之间共享，因为最终的真实服务器会给客户端回应数据包时需要设置源IP为VIP，目标IP为客户端IP，这样客户端访问的时调度器VIP地址，回应的源地址也是VIP，这样客户端是感觉不到后端服务器的存在。由于多台计算机都设置了同样的VIP地址，所以在直接路由模式中要求调度器的VIP是对外可见的，客户端将请求数据包发送到调度器主机，而所有的真实服务器的VIP必须配置在Non-ARP的网络上ARP是一个协议。调度器根据算法在选出真实的服务器后，在不修改数据报文的情况下，将数据帧的MAC地址修改为选出的真实的MAC地址，通过交换机将该数据帧发给真实的服务器。
四、LVS管理工具
ipvs：内核中的协议栈上实现
ipvs是LVS软件核心，是允许在LB（负载均衡层）上，这是个基于ip层的负载均衡
ipvs的总体结构主要有ip包处理，负载均衡算法，系统配置和管理三个模块以及虚拟服务器与真实服务器链表组成。
ipvs管理集群服务管理服务上的RS(real server)。
一个ipvs主机可以同时定义多个cluster server，但可能会影响调度性格。
一个ipvs服务至少应该有一个RS。
五、LVS调度算法
静态调度算法（4种）：
1、轮询调度rr
均等的对待每一台服务器，不管服务器上的实际连接数和系统负载
2、加权论调wrr
调度器可以自动问询真实服务器的负载情况，并动态调整权值
3、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。
4、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。
动态调度算法（6种）
1、最少链接 lc
动态地将网络请求调度到已建立的连接数最少的服务器上
如果集群真实的服务器具有相近的系统性能，采用该算法可以较好的实现