LVS类型详解及其调度方法

1.LVS简介

    LVS 是 Linux  Virtual Server ，Linux 虚拟服务器。能够实现LINUX平台下的简单负载均衡。通常来讲，LVS采用三层结构：负载调度器、服务器池、共享存储。工做在TCP/IP协议的四层，其转发是依赖于四层协议的特征进行转发的，因为其转发要 依赖于协议的特征进行转发，所以须要在内核的TCP/IP协议栈进行过滤筛选，可想而知，这就须要在内核的模块来完成，而这样的过滤转发规则又是由管理员 进行定义的，因此，LVS就是两段式的架构设计，在内核空间中工做的是"ipvs"，而在用户空间中工做的，用来定义集群服务规则的 是"ipvsadm"。与iptables相似，其工做在INPUT链上，因为与iptables有冲突，不能同时使用。

2.LVS类型

1).NAT模型

    这个是经过网络地址转换的方法来实现调度的。首先调度器(director)接收到客户的请求数据包时(请求的目的IP为VIP)，根据调度算法决定将请求发送给哪一个后端的真实服务器(RS)。而后调度器就把客户端发送的请求数据包的目标IP地址及端口改为后端真实服务器的IP地址(RIP)，这样真实服务器(RS)就可以接收到客户的请求数据包了。真实服务器响应完请求后，查看默认路由(NAT模式下咱们须要把RS的默认路由设置为director服务器。)把响应后的数据包发送给director,director再接收到响应包后，把包的源地址改为虚拟地址(VIP)而后发送回给客户端。

    NAT模式特性：

        集群节点跟director必须在同一个IP网络中；
        RIP一般是私有地址，仅用于各集群节点间的通讯；
        director位于client和real server之间，并负责处理进出的全部通讯；
        realserver必须将网关指向DIP；
        支持端口映射；
        realserver可使用任意OS；
        较大规模应该场景中，director易成为系统瓶颈；

2).DR模型

    DR模式是经过改写请求报文的目标MAC地址，将请求发给真实服务器的，而真实服务器响应后的处理结果直接返回给客户端用户。同TUN模式同样，DR模式能够极大的提升集群系统的伸缩性。并且DR模式没有IP隧道的开销，对集群中的真实服务器也没有必要必须支持IP隧道协议的要求。可是要求调度器LB与真实服务器RS都有一块网卡链接到同一物理网段上，必须在同一个局域网环境。

    DR模型特性：

        集群节点跟director必须在同一个物理网络中；
        RIP可使用公网地址，实现便捷的远程管理和监控；
        director仅负责处理入站请求，响应报文则由realserver直接发往客户端；
        realserver不能将网关指向DIP；
        不支持端口映射；

3).TUN模型

    采用NAT模式时，因为请求和响应的报文必须经过调度器地址重写，当客户请求愈来愈多时，调度器处理能力将成为瓶颈。为了解决这个问题，调度器把请求的报文经过IP隧道转发到真实的服务器。真实的服务器将响应处理后的数据直接返回给客户端。这样调度器就只处理请求入站报文，因为通常网络服务应答数据比请求报文大不少，采用VS/TUN模式后，集群系统的最大吞吐量能够提升10倍。

    TUN模型特性：

        集群节点能够跨越Internet；
        RIP必须是公网地址；
        director仅负责处理入站请求，响应报文则由realserver直接发往客户端；
        realserver网关不能指向director；
        只有支持隧道功能的OS才能用于realserver；
        不支持端口映射；

3.LVS调度方法

    LVS调度方法分为静态调度方法和动态调度方法两类。

    静态调度方法：

        rr：调度器经过“轮叫”调度算法将外部请求按顺序轮流分配到集群中的真实服务器上，它均等地对待每一台服务器，而无论服务器上实际的链接数和系统负载。

        wrr：加权轮叫调度算法是按权值的高低和轮叫方式分配请求到各服务器。权值高的服务器先收到的链接，权值高的服务器比权值低的服务器处理更多的链接，相同权值的服务器处理相同数目的链接数。

        dh：目标地址散列调度算法先根据请求的目标IP地址，做为散列键（Hash Key）从静态分配的散列表找出对应的服务器，若该服务器是可用的且未超载，将请求发送到该服务器，不然返回空，主要应用于缓存服务器。

        sh：源地址散列调度算法正好与目标地址散列调度算法相反，它根据请求的源IP地址，做为散列键（Hash Key）从静态分配的散列表找出对应的服务器，若该服务器是可用的且未超载，将请求发送到该服务器，不然返回空。主要用于session会话绑定。

    动态调度方法：

        lc：最少连接，简称LC。该调度是把新的链接请求分配到当前链接数最小的服务器。最小链接调度是一种动态调度算法，它经过服务器当前所活跃的链接数来估计服务器的负载状况。计算当前realserver 的负载状况计算方法：active*256+inactive。

        wlc：加权最少连接，简称WLC。加权最小链接调度是最小链接调度的超集，各个服务器用相应的权值表示其处理性能。计算当前realserver 的负载状况计算方法：(active*256+inactive)/weight。
        sed：最短的指望的延迟,简称SED。分配一个接踵而来的请求以最短的指望的延迟方式到服务器。计算当前realserver 的负载状况计算方法：(active+1)*256/weight。
        nq：无需队列。若是有台 realserver的链接数＝0就直接分配过去，不须要在进行sed运算。

        LBLC：”基于局部性的最少连接“调度算法是针对目标IP地址的负载均衡，目前主要用于Cache集群系统。该算法根据请求的目标IP地址找出该目标IP地址最近 使用的服务器，若该服务器是可用的且没有超载，将请求发送到该服务器；若服务器不存在，或者该服务器超载且有服务器处于一半的工做负载，则用“最少连接” 的原则选出一个可用的服务器，将请求发送到该服务器。
        LBLCR：“带复制的基于局部性最少连接”调度算法也是针对目标IP地址的负载均衡，目前主要用于Cache集群系统。它与LBLC算法的不一样之处是它要维护从一个 目标 IP地址到一组服务器的映射，而LBLC算法维护从一个目标IP地址到一台服务器的映射。该算法根据请求的目标IP地址找出该目标IP地址对应的服务器 组，按“最小链接”原则从服务器组中选出一台服务器，若服务器没有超载，将请求发送到该服务器；若服务器超载，则按“最小链接”原则从这个集群中选出一台 服务器，将该服务器加入到服务器组中，将请求发送到该服务器。同时，当该服务器组有一段时间没有被修改，将最忙的服务器从服务器组中删除，以下降复制的程度。

注：active：活动链接，表示已经创建的链接并正在进行数据传输。inactive：非活动链接，表示已经创建的链接但没有在进行数据传输。

参考资料：

LVS原理详解：http://atong.blog.51cto.com/2393905/1348602

LVS工做模式及原理：http://blog.csdn.net/caoshuming_500/article/details/8291940

LVS工做模式及调度算法介绍：http://www.xmydlinux.org/201102/331.html