LVS是什么?
LVS,全称Linux Virtual Server,是国人章文嵩发起的一个开源项目。
在社区具有很大的热度,是一个基于四层、具有强大性能的反向代理服务器。
早期使用lvs需要修改内核才能使用,但是由于性能优异,现在已经被收入内核。
LVS通过工作于内核的ipvs模块来实现功能,其主要工作于netfilter 的INPUT链上。
而用户需要对ipvs进行操作配置则需要使用ipvsadm这个工具。
ipvsadm主要用于设置lvs模型、调度方式以及指定后端主机。
LVS中的角色
LVS的一些相关术语
LVS的模型中有两个角色:
**调度器:**Director,又称为Dispatcher,Balancer
调度器主要用于接受用户请求。
**真实主机:**Real Server,简称为RS。
用于真正处理用户的请求。
而为了更好地理解,我们将所在角色的IP地址分为以下三种:
Director Virtual IP:**调度器用于与客户端通信的IP地址,简称为VIP
**Director IP:调度器用于与RealServer通信的IP地址,简称为DIP。
Real Server : 后端主机的用于与调度器通信的IP地址,简称为RIP。
基本模型
LVS的三种调度模式
LVS-NATNetwork Address Transform
示意图和调度步骤
LVS-NAT
原理:
基于ip伪装MASQUERADES
,原理是多目标DNAT。
所以请求和响应都经由Director调度器。
LVS-NAT的优点与缺点
优点:
- 支持端口映射
- RS可以使用任意操作系统
- 节省公有IP地址。
RIP和DIP都应该使用同一网段私有地址,而且RS的网关要指向DIP。
使用nat另外一个好处就是后端的主机相对比较安全。
缺点:
- 请求和响应报文都要经过Director转发;极高负载时,Director可能成为系统瓶颈。
就是效率低的意思。
LVS-TUNIP Tuneling
示意图和调度步骤
LVS-TUN
原理:
基于隧道封装技术。在IP报文的外面再包一层IP报文。
当Director接收到请求的时候,选举出调度的RealServer
当接受到从Director而来的请求时,RealServer则会使用lo接口上的VIP直接响应CIP。
这样CIP请求VIP的资源,收到的也是VIP响应。
LVS-TUN的优点与缺点
优点:
- RIP,VIP,DIP都应该使用公网地址,且RS网关不指向DIP;
只接受进站请求,解决了LVS-NAT时的问题,减少负载。
请求报文经由Director调度,但是响应报文不需经由Director。
缺点:
- 不指向Director所以不支持端口映射。
- RS的OS必须支持隧道功能。
- 隧道技术会额外花费性能,增大开销。
LVS-DRDirect Routing
示意图和调度步骤
LVS-DR
原理
当Director接收到请求之后,通过调度方法选举出RealServer。
讲目标地址的MAC地址改为RealServer的MAC地址。
RealServer接受到转发而来的请求,发现目标地址是VIP。RealServer配置在lo接口上。
处理请求之后则使用lo接口上的VIP响应CIP。
LVS-DR的优点与缺点
优点:
- RIP可以使用私有地址,也可以使用公网地址。
只要求DIP和RIP的地址在同一个网段内。
- 请求报文经由Director调度,但是响应报文不经由Director。
- RS可以使用大多数OS
缺点:
- 不支持端口映射。
- 不能跨局域网。
总结:
三种模型虽然各有利弊,但是由于追求性能和便捷,DR是目前用得最多的LVS模型。
LVS的八种调度方法
静态方法:仅依据算法本身进行轮询调度
- RR:Round Robin,轮调
一个接一个,自上而下
- WRR:Weighted RR,加权论调
加权,手动让能者多劳。
- SH:SourceIP Hash
来自同一个IP地址的请求都将调度到同一个RealServer
- DH:Destination Hash
不管IP,请求特定的东西,都定义到同一个RS上。
动态方法:根据算法及RS的当前负载状态进行调度
- LC:least connections(最小链接数)
链接最少,也就是Overhead最小就调度给谁。
假如都一样,就根据配置的RS自上而下调度。
- WLC:Weighted Least Connection (加权最小连接数)
这个是LVS的默认算法。
- SED:Shortest Expection Delay(最小期望延迟)
WLC算法的改进。
- NQ:Never Queue
SED算法的改进。
- LBLC:Locality-Based Least-Connection,基于局部的的LC算法
正向代理缓存机制。访问缓存服务器,调高缓存的命中率。
和传统DH算法比较,考虑缓存服务器负载。可以看做是DH+LC
如果有两个缓存服务器
1.只要调度到其中的一个缓存服务器,那缓存服务器内就会记录下来。下一次访问同一个资源的时候也就是这个服务器了。 (DH)
2.有一个用户从来没有访问过这两个缓存服务器,那就分配到负载较小的服务器。LC
LBLCR:Locality-Based Least-Connection with Replication(带复制的lblc算法)
缓存服务器中的缓存可以互相复制。
因为即使没有,也能立即从另外一个服务器内复制一份,并且均衡负载
1 | man ipvsadm有讲这几种动态或者静态的rs调度方法 |
配置LVS-DR
主机名 | 主机地址 | 角色 |
---|---|---|
node1 | DIP:192.168.2.201,VIP:192.168.2.211 | Director |
node3 | RIP:192.168.2.203,VIP:192.168.2.211 | RealServer |
node4 | RIP:192.168.2.204,VIP:192.168.2.211 | RealServer |
1 | 本文中的主机系统均为CentOS7.1,Apache2.4,数据库:MariaDB-5.5.50 |
实验拓扑:
lvs-dr实验拓扑
(1)在Director上配置VIP和DIP
1 | [root@bc ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eno16777736 |
重启网络之后查看配置
1 | [root@bc ~]# service NetworkManager stop |
(2)Director使用ipvsadm修改创建ipvs规则
1 | [root@bc ~]# ipvsadm -A -t 192.168.2.211:80 -s rr |
(3)RealServer安装httpd
1 | [root@node3 ~]# yum install httpd -y |
可以在里面放一个Wordpress,也可以简单echo几个字到index.html
(4)node3和node4修改RealServer内核参数
1 | echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward |
修改内核参数,并且配置VIP地址到RealServer的loopback接口上。
那样的话,当RealServer接到从Director转发而来的数据报文时,RealServer也不会丢弃报文。
同时,修改了RealServer的参数,局域网内的arp表就只有Director有VIP。
RealServer的的机器上有VIP这件事,只有RealServer自己知道。
这样可以保证,当请求到来的时候,第一个会送到Director那里去。
(5)测试结果
1 | [root@node3 httpd]# vim /var/log/httpd/access_log |
效果差不多就是这样:
因为我们使用了RR静态调度方法,所以这node3和node4的请求是一人一个。