LVS(Linux Virtual Server)三種負載平衡模型和十種調度的簡單介紹

 

 

LVS (Linux Virtual Server)

LVS（Linux Virtual Server）其實就是針對高可伸縮、高可用網路服務的需求，給出了基於IP層和基於內容請求分發的Server Load Balancer調度解決方案，並在Linux核心中實現了這些方法，將一組伺服器構成一個實現可伸縮的、高可用網路服務的虛擬伺服器。所以，lvs需要核心有ipvs支援，確保你的核心支援ipvs後，只需安裝ipvsadm就可以把一台伺服器配置成負載調度器（Load Balancer）。對外提供服務的IP，也就是我們訪問的IP稱做VIP。調度器LB的任務主要是分發請求，真正處理的是真實伺服器(Real Server)。

LVS的三種負載平衡模型：

為了區別這三種模型，我們可以先做一下對比

	NAT模型	DR模型	TUN模型
叢集節點（rip和dip）	需要在同一個子網當中	必須在同一個物理網路當中	不需要在一個物理網路當中
rip要求	私人地址，僅用於節點之間	可以使用公網地址	一定不能是私人地址
Director處理的請求	處理入站和出站	僅處理入站	僅處理入站
Real-server的網關	要指向dip	不能指向dip，而是路由器	不能指向dip，而是路由器
連接埠映射	可以實現	不能實現	不能實現
Real-server伺服器要求	任意作業系統	支援大多數作業系統	必須是支援隧道功能的作業系統

註：rip為real-server的IP地址，dip為director的IP地址

 

 

LVS-NAT 的資料轉寄流程是：Director機器收到外界請求，改寫資料包的目標地址，按相應的調度演算法將其發送到相應Real Server上，Real Server處理完該請求後，將結果資料包返回到其預設閘道，即Director機器上，Director機器再改寫資料包的源地址，最後將其返回給外界。這樣就完成一次負載調度。

LVS-NAT方式負載平衡叢集（圖 1）

 

 

註：LVS-NAT叢集中Real Server可以是任何的作業系統，而且無需做任何特殊的設定，惟一要做的就是將其預設閘道指向Director機器。Real Server可以使用區域網路 的 內 部 IP(192.168.0.0/24)。Director要有兩塊網卡，一塊網卡綁定一個外部IP地址(10.0.0.1)，另一塊網卡綁定區域網路的內部IP(192.168.0.254)，作為Real Server的預設閘道。

 

 

LVS-DR的資料轉寄流程是：Director機器收到外界請求，按相應的調度演算法將其直接發送到相應Real Server，Real Server處理完該請求後，將結果資料包直接返回給客戶，完成一次負載調度。

LVS-DR 方式負載平衡叢集（圖 2）

 

 

LVS-DR叢集中注意Real Server的核心也必須打上修正ARP問題的核心補丁

 

 

LVS-TUN的資料轉寄流程是：Director機器收到外界請求，按相應的調度演算法將其通過IP隧道發送到相應Real Server，Real Server處理完該請求後，將結果資料包直接返回給客戶。至此完成一次負載調度。

LVS-TUN方式負載平衡叢集（圖 3）

 

 

LVS-TUN叢集中注意Real Server的核心必須打上修正ARP問題的核心補丁。該方式中 Director將客戶請求分配到不同的Real Server，Real Server處理請求後直接回應給使用者，這樣Director就只處理客戶機與伺服器的一半串連，極大地提高了Director的調度處理能力， 使叢集系統能容納更多的節點數。另外TUN方式中的Real Server可以在任何LAN或WAN 上運行，這樣可以構築跨地區的叢集，其應對災難的能力也更強，但是伺服器需要為IP封裝付出一定的資源開銷，而且後端的Real Server必須是支援IP Tunneling的作業系統。

 

 

LVS的十種調度方法

輪調（RR）調度器將外部請求按順序輪流分配到叢集中的真實伺服器上，它均等地對待每一台伺服器，而不管伺服器上實際的串連數和系統負載，每個伺服器都一樣多。

加權輪調（WRR） 調度器根據真實伺服器的不同處理能力來調度訪問請求。這樣可以保證處理能力強的伺服器處理更多的訪問流量。調度器可以自動問詢真實伺服器的負載情況，並動態地調整其權值。

目標地址Hash 根據請求的目標IP地址，作為散列鍵（Hash Key）從靜態分配的散列表找出對應的伺服器，若該伺服器是可用的且未超載，將請求發送到該伺服器，否則返回空。 

源地址Hashing根據請求的源IP地址，作為散列鍵（Hash Key）從靜態分配的散列表找出對應的伺服器，若該伺服器是可用的且未超載，將請求發送到該伺服器，否則返回空。

最少連結（LC）根據RS演算法將請求調度到已建立的連結數最少的伺服器上。

RS=active*256+inactive=overhead  active活動串連數，inactive非活動串連數，overhead值越小則串連到誰上邊

加權最少連結（WLC） 在叢集系統中的伺服器效能差異較大的情況下，既要根據RS演算法，還要考慮伺服器的效能，具有較高權值的伺服器將承受較大比例的活動串連負載。

最短的期望的延遲（SED） 基於WLC，但卻有所改變，依據（active+1）*256/weight=overhead，值越小，則串連到哪個伺服器上。

最少隊列調度（NQ）無需隊列。如果有台realserver的串連數＝0就直接分配過去，不需要在進行sed運算

基於局部性的最少連結（LBLC）針對目標IP地址的負載平衡，目前主要用於Cache叢集系統。該演算法根據請求的目標IP地址找出該目標IP地址最近使用的伺服器，若該伺服器是可用的且沒有超載，將請求發送到該伺服器；若伺服器不存在，或者該伺服器超載且有伺服器處於一半的工作負載，則用"最少連結"的原則選出一個可用的伺服器，將請求發送到該伺服器。

帶複製的基於局部性最少連結（LBLCR）也是針對目標IP地址的負載平衡，目前主要用於 Cache叢集系統。它與LBLC演算法的不同之處是它要維護從一個目標IP地址到一組伺服器的映射，LBLC演算法維護從一個目標IP地址到一台伺服器的映而射。該演算法根據請求的目標IP地址找出該目標IP地址對應的伺服器組，按"最小串連"原則從伺服器組中選出一台伺服器，若伺服器沒有超載，將請求發送到該伺服器，若伺服器超載；則按"最小串連"原則從這個叢集中選出一台伺服器，將該伺服器加入到伺服器組中，將請求發送到該伺服器。同時，當該伺服器組有一段時間沒有被修改，將最忙的伺服器從伺服器組中刪除，以降低複製的程度。  

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