LVS实践系列(1)-LVS是什么鬼

本文根据官方文档简要介绍了LVS技术的概念、内容、特点及相关调度算法,为进一步在实际场景下实践该技术作准备。

背景

随着网络时代的到来,越来越多的应用都服务化,也需要越来越多的服务器进行支撑,网络带宽技术发展迅猛,应用系统的瓶劲出现在服务端的情况越来越多,如何能更好的满足大应用的骤然增加,就要求我们的有性价比高、可伸缩性强、高可用性、易于管理透明的服务器集群方案,这就是我学习LVS技术的初衷。

什么是LVS技术

LVS 是 Linux Virtual Server的简称,是基于一组真实服务器依靠负载均衡运行在Linux操作系统上的可扩展高易用的虚拟服务器。主要基于IP层和基于内容请求分发的负载平衡调度解决办法,并在Linux内容中实现这些方法,将一组服务器构成一个实现可伸缩的、高可用网络服务的虚拟服务器。 是国内最早出现的自由软件项目之一。

LVS内容

当前LVS框架包含三种IP负载均衡技术的IP虚拟服务器软件IPVS、基于内容请求分发的内核Layer-7交换机KTCPVS和集群管理软件。

1.IP虚拟服务器软件IPVS

IPVS包括 (1)通过网络地址转换(Network Address Translation)将一组服务器构成一个高性能的、高可用的虚拟服务器(即VS/NAT技术),例如Cisco的LocalDirector、F5的Big/IP和Alteon的ACEDirector

其原理:通过网络地址转换,调度器重写请求报文的目标地址,根据预设的调度算法,将请求分派给后端的真实服务器;真实服务器的响应报文通过调度器时,报文的源地址被重写,再返回给客户,完成整个负载调度过程。

(2)IP隧道实现虚拟服务器方法(VS/TUN)

为了解决VS/NAT技术调度器处理能力瓶颈问题,调度器把请求报文通过IP隧道转发至真实服务器,而真实服务器将响应直接返回给客户。最大特点就是:调度器只处理请求报文。

(3)通过直接路由实现虚拟服务器的方法(VS/DR)

通过改写请求报文的MAC 地址,将请求发送到真实服务器,而真实服务器将响应直接返回给客户。该方法优点:无IP隧道开销,集群中真实服务器不必须支持IP隧道协议要求,但要求调度器与真实服务器都有一块网卡连在同一物理网段上。

IPVS 八种负载调度算法:
(1)轮叫(Round Robin):顺序轮流分配,均等对待
(2)加权轮叫(Weighted Round Robin):询问真实服务器负载情况,动态调整权值,能者多劳
(3)最少链接(Least Connections):给链接数最小的
(4)加权最少链接(Weighted Least Connections)(5)基于局部性的最少链接(Locality-Based Least Connections):针对目标IP地址的负载均衡,主要用于Cache集群系统。
该算法根据请求的目标IP地址找出该目标IP最近使用的服务器,若该服务器是可用的且没有超载,将请求发送给它;
若服务器不存在,或者已超载且有服务器处于一半的工作负载,则用“最少链接”的原则
(6)带复制的基于局部性最少链接(Locality-Based Least Connections with Replication):
与LBLC算法的不同之处是它要维护从一个目标IP地址到一组服务器的映射
(7)目标地址散列(Destination Hashing):根据请求的目标IP地址,作为散列键从静态分配的散列表找出对应服务器
(8)源地址散列(Source Hashing):根据请求的源IP地址,作为散列键从静态分配的散列表找出对应的服务器

2.基于内容请求分发的内核Layer-7交换机KTCPVS

目的:避免用户空间与核心空间的切换和内容复制的开销,基于内容选择服务器。在Linux操作系统内核中,实现Layer-7交换,称为KTCPVS(Kernel TCP Virtual Server)

3.集群管理软件

LVS特点

1.功能
实现三种IP负载均衡技术和八种连接调度算法的IPVS软件,在IPVS内部,采用了高效的Hash函数和垃圾回收机制,
能正确处理所调度报文相关的ICMP消息。虚拟服务的设置数目没有限制,每个虚拟服务有自己的服务器。
2.适用性
可运行任何TCP/IP的操作系统,负载均衡绝大多数的TCP和UDP协议(TCP HTTP,FTP,PROXY,SMTP,POP3,IMAP4,
DNS,LDAP,HTTPS,SSMTP等 UDP DNS,NTP,ICP,视频、音频流播放协议等 )
3.性能
据说可支持几百万个并发链接。配置100M网卡,采用VS/TUN或VS/DR调度技术,集群系统吞吐量可高达1Gbits/s
4.可靠性
5.软件许可证:GPL(GNU Public License)方式发行

参考文档

LVS英文站点

LVS手册