负载均衡架构LVS
背景介绍
互联网技术的飞速发展使得网站和应用的流量急剧增加，为了应对大流量带来的挑战，许多企业和组织采用负载均衡技术来分配流量，提高系统的可靠性和性能，负载均衡通过将传入的请求分散到多个服务器上来确保没有单个服务器过载，从而提升整体的服务效率和可用性，在众多负载均衡解决方案中，Linux Virtual Server（LVS）因其高性能和高可扩展性而受到广泛关注。
LVS简介
什么是LVS？
LVS 即 Linux Virtual Server，是一种高性能、高可扩展性的负载均衡解决方案，由章文嵩博士主导开发，它集成在 Linux 内核中，工作在 OSI 模型的第四层（传输层），因此被称为“第四层”负载均衡器，LVS 的主要作用是通过 IPVS（IP Virtual Server）技术，将客户端请求按照设定的调度算法分发到后端的真实服务器（Real Server）上。
LVS的优势
高性能：LVS 工作在内核态，数据转发效率高，能够处理大量并发连接。
高可扩展性：支持动态添加或删除后端服务器，轻松实现水平扩展。
高可用性：通过 Keepalived 等工具实现主备切换，确保服务的持续可用。
灵活性：支持多种负载均衡算法和工作模式，适应不同的应用需求。
LVS的体系架构
LVS的整体架构包括以下几个关键部分：
1、负载均衡层（Load Balancer）：最前端负责接收所有客户端请求，并根据配置的算法将请求分发到后端服务器。
2、服务器组（Real Server）：实际处理客户端请求的应用服务器集群。
3、共享存储（Shared Storage）：可选组件，用于存放共享的数据和配置文件，确保所有服务器的状态一致。
4、健康检查控制（Health Checker）：定期检查后端服务器的健康状态，自动剔除故障节点。
LVS的工作模式
LVS支持多种工作模式，每种模式有其特定的使用场景和特点：
1、NAT模式（Network Address Translation）：调度器修改请求报文的目标IP地址和目标端口，将请求转发给后端服务器，响应报文经过调度器时，源IP地址被修改为VIP，目标IP地址为客户端IP，这种模式适合小型集群，但调度器易成为瓶颈。
2、DR模式（Direct Routing）：调度器仅修改请求报文的目标MAC地址，将其转发给后端服务器，响应报文直接返回给客户端，不经过调度器，这种模式性能较高，适合大型集群。
3、TUN模式（IP Tunneling）：调度器将请求报文封装在新的IP报文中，转发给后端服务器，后端服务器直接将响应报文发送给客户端，这种模式适用于跨网络的集群。
4、Full-NAT模式：类似于NAT模式，但同时修改请求报文的源地址和目标地址，适用于需要隐藏后端服务器真实IP的场景。
LVS的调度算法
LVS支持多种调度算法，以适应不同的应用场景：
轮询（Round Robin, RR）：依次将请求分配给每个服务器，适用于服务器性能相近的场景。
加权轮询（Weighted Round Robin, WRR）：根据服务器的权重分配请求，适用于服务器性能差异较大的场景。
最小连接数（Least Connections, LC）：优先将请求分配给当前连接数最少的服务器，适用于长时间连接的应用。
加权最小连接数（Weighted Least Connections, WLC）：结合权重和当前连接数进行调度，适用于复杂环境。
源地址哈希（Source Hashing, SH）：根据客户端IP地址进行哈希，将请求分配给固定的服务器，适用于Session保持。
其他算法：如最短预期延迟（Shortest Expected Delay, SED）、永不排队（Never Queue, NQ）等。
LVS的搭建与配置
环境准备
1、硬件要求：至少两台机器，一台作为负载均衡器（Director Server），另外一台或多台作为后端服务器（Real Server）。
2、操作系统：推荐使用CentOS或其他基于Linux的发行版。
3、网络环境：确保各服务器之间网络通畅。
安装与配置步骤
1. 安装IPVSADMIN工具
IPVSADMIN是LVS的一个管理工具，用于配置和管理虚拟服务器和真实服务器。
安装EPEL repo rpm -Uvh http://www.elrepo.org/elrepo-release-7.0-2.el7.elrepo.x86_64.rpm 安装IPVSADMIN yum install ipvsadm -y
2. 配置LVS工作模式
以NAT模式为例，其他模式配置类似。
启动IPVS服务 systemctl start ipvsadm systemctl enable ipvsadm 添加LVS服务脚本 vim /etc/rc.d/init.d/lvs
在脚本中添加以下内容：
#!/bin/bash
chkconfig: 2345 80 90
description: LVS service script
case "$1" in
start)
ipvsadm -C
ipvsadm -A -t 192.168.0.100:80 -s rr
ipvsadm -a -t 192.168.0.100:80 -r 192.168.0.101:80 -g
ipvsadm -a -t 192.168.0.100:80 -r 192.168.0.102:80 -g
;;
stop)
ipvsadm -C
;;
restart)
$0 stop
$0 start
;;
status)
ipvsadm -ln
;;
*)
echo "Usage: $0 {start|stop|restart|status}"
esac
exit 0
赋予脚本执行权限并设置为开机自启动：
chmod +x /etc/rc.d/init.d/lvs chkconfig --add lvs
3. 配置健康检查（可选）
健康检查确保只有健康的服务器接收请求，可以通过Keepalived实现。
安装Keepalived yum install keepalived -y 配置Keepalived vim /etc/keepalived/keepalived.conf
在配置文件中添加虚拟IP和健康检查规则：
global_defs {
router_id LVS_MASTER
}
vrrp_script chk_apache {
script "/bin/killall -0 httpd"
interval 2
weight 2
}
virtual_server 192.168.0.100 {
delay_loop 6
lb_algo rr
lb_kind DR
protocol TCP
virtual_router_id LVS_MASTER
priority 100
advert_int 1
authentication {
auth_type PASS
auth_pass your_password_here
}
interface eth0
virtual_ipaddress {
192.168.0.100
}
track_script {
chk_apache
}
}
启动Keepalived服务：
systemctl start keepalived systemctl enable keepalived
归纳与未来展望
LVS作为一种成熟的负载均衡解决方案，凭借其高性能、高可扩展性和高可用性，广泛应用于各种大规模互联网服务和企业内部网络中，随着云计算和微服务架构的普及，LVS在未来将继续发挥重要作用，帮助企业更好地应对流量挑战和服务需求。
小伙伴们，上文介绍了“负载均衡架构lvs等”的内容，你了解清楚吗？希望对你有所帮助，任何问题可以给我留言，让我们下期再见吧。
