LVS（Linux Virtual Server）集群技術詳解

一.集群和分布式:

集群：同一個業務系統，部署在多臺服務器上，集群中，每一臺服務器實現的功能沒有差別，數據和代碼都是一樣的
?

分布式：一個業務被拆成多個子業務，或者本身就是不同的業務，部署在多臺服務器上。分布式中，每一臺服務器實現的功能是有差別的，數據和代碼也是不一樣的，分布式每臺服務器功能加起來，才是完整的業務

分布式是以縮短單個任務的執行時間來提升效率的，而集群則是通過提高單位時間內執行的任務數來提升效率,

對于大型網站，訪問用戶很多，實現一個群集，在前面部署一個負載均衡服務器，后面幾臺服務器完成同一業務。如果有用戶進行相應業務訪問時，負載均衡器根據后端哪臺服務器的負載情況，決定由給哪一臺去完成響應，并且臺服務器垮了，其它的服務器可以頂上來。分布式的每一個節點，都完成不同的業務，如果一個節點垮了，那這個業務可能就會失敗

二.LVS 介紹

定義：
LVS 是基于 Linux 內核的四層（傳輸層）負載均衡解決方案，由章文嵩博士開發，用于構建高性能、高可用的服務器集群。

核心組件：

  • Director（調度器）：接收客戶端請求并分發到后端 Real Server。

  • Real Server（真實服務器）：實際處理請求的后端服務器集群。

  • VS：Virtual Server： 虛擬服務器

  • VIP（虛擬 IP）：對外提供服務的虛擬 IP 地址。

  • RIP（真實 IP）：后端服務器的真實 IP 地址。

  • CIP：Client IP

VS：負責調度
RS：負責真正的服務
訪問流程：CIP VIP == DIP RIP

官網：The Linux Virtual Server Project - Linux Server Cluster for Load Balancinghttp://www.linuxvirtualserver.org/?lvs集群體系結構

?LVS的三種工作模式

NAT

Ivs-nat:

本質是多目標IP的DNAT，通過將請求報文中的目標地址和目標端口修改為某挑出的RS的RIP和PORT實現轉發

RIP和DIP應在同一個IP網絡，且應使用私網地址;RS的網關要指向DIP

請求報文和響應報文都必須經由Director轉發，Director易于成為系統瓶頸支持端口映射，可修改請求報文的目標PORT

VS必須是Linux系統，RS可以是任意OS系統

?NAT模式的工作流程

1.客戶端發送訪問請求，請求數據包中含有請求來源（cip），訪問目標地址（VIP）訪問目標端口（9000port）

2.VS服務器接收到訪問請求做DNAT把請求數據包中的目的地由VIP換成RS的RIP和相應端口

3.RS1相應請求，發送響應數據包，包中的相應保溫為數據來源（RIP1）響應目標（CIP）相應端口（9000port）

4.VS服務器接收到響應數據包，改變包中的數據來源（RIP1-->VIP）,響應目標端口（9000-->80）

5.VS服務器把修改過報文的響應數據包回傳給客戶端

6.lvs的NAT模式接收和返回客戶端數據包時都要經過lvs的調度機，所以lvs的調度機容易阻塞

圖解

客戶請求到達vip后進入PREROUTING,在沒有ipvs的時候因該進入本機INPUT,當IPVS存在后訪問請求在通過PREROUTING后被ipvs結果并作nat轉發

因為ipvs的作用點是在PREROUTING和INPUT鏈之間，所以如果在prerouting中設定規則會干擾ipvs的工作。所以在做lvs時要把iptables的火墻策略全清理掉。

DR

TUN

LVS三種工作模式對比

模式原理優點缺點
NAT修改數據包的IP/端口支持端口映射，配置簡單Director 易成瓶頸
DR（Direct Routing）僅修改 MAC 地址，不修改 IP性能極高（90% 吞吐量）要求 Real Server 與 Director 同局域網
TUN（IP 隧道）通過 IP 隧道封裝數據包可跨機房部署配置復雜，隧道開銷高


?關鍵區別：

  • NAT/FullNAT：請求和響應均經過Director。

  • DR/TUN：僅請求報文經過Director，響應報文由RS直接返回客戶端。

vs-dr：通過封裝新的MAC首部實現，通過MAC網絡轉發

lvs-tun：通過在原IP報文外封裝新IP頭實現轉發，支持遠距離通信

lvs-nat與lvs-fullnat：請求和響應報文都經由Director

lvs-nat：RIP的網關要指向DIP

LVS調度算法

LVS支持多種調度算法，分為靜態和動態兩類：

1. 靜態算法（不考慮RS負載）

  • RR（輪詢）：均分請求到各RS。? ——適用場景：Real Server 性能均等

  • WRR（加權輪詢）：根據RS性能分配權重。 ——適用場景：Real Server 配置不均

  • SH（源地址哈希）：同一客戶端固定訪問同一RS（會話保持）。 ——適用場景：需要會話保持的應用

2. 動態算法（基于RS負載狀態）

  • LC（最少連接）：優先選擇連接數最少的RS。 ——適用場景：長連接服務（如數據庫）

  • WLC（加權最少連接）：默認算法，結合權重和連接數。 ——適用場景：Real Server 性能均等，但需動態平衡 “連接數”，避免節點過載。

  • SED/NQ：優化高權重節點的初始連接分配。 ——適用場景：Real Server 性能均等，但需?“優先讓高權重節點承接初始連接”（哪怕連接數稍多 ），或需 “初始流量傾斜”。

??

lvs命令介紹

lvs軟件相關信息

程序包：ipvsadm

Unit File: ipvsadm.service

主程序：/usr/sbin/ipvsadm

規則保存工具：/usr/sbin/ipvsadm-save

規則重載工具：/usr/sbin/ipvsadm-restore

配置文件：/etc/sysconfig/ipvsadm-config

ipvs調度規則文件：/etc/sysconfig/ipvsadm

ipvsadm命令

管理集群服務

ipvsadm -A|E -t（tcp）|u（udp）|f（防護墻標簽） \

service-address(集群地址) \

[-s scheduler(調度算法)] \

[-p [timeout]] \

[-M netmask] \

[--pepersistence_engine] \

[-b sched-flags]


?

ipvsadm -D -t|u|f service-address 刪除

ipvsadm –C 清空

ipvsadm –R 重載

ipvsadm -S [-n] 保存

?

管理集群中的real server

ipvsadm -a|e -t|u|f service-address -r server-address [-g | -i| -m](工作模式) [-w weight](權重)

ipvsadm -d -t|u|f service-address -r server-address? 刪除RS

ipvsadm -L|l [options]? ? ? ? ? ? ? ? ? 查看rs

ipvsadm -Z [-t|u|f service-address]? ? ? ? 清楚計數器

lvs集群中的增刪改

1.管理集群服務中的增刪改

ipvsadm -A|E -t|u|f service-address [-s scheduler] [-p [timeout]]

-A #添加

-E #修改

-t #tcp服務

-u #udp服務

-s #指定調度算法，默認為WLC

-p #設置持久連接超時，持久連接可以理解為在同一個時間段同一個來源的請求調度到同一Realserver-f #firewall mask 火墻標記，是一個數字

形式?

#增加

[root@DR-server ~]# ipvsadm -A -t 172.25.254.100:80 -s rr

[root@DR-server ~]# ipvsadm -A -f 66 -p 3000

#修改

[root@DR-server ~]# ipvsadm -E -t 172.25.254.100:80 -s wrr -p 3000

#刪除

[root@DR-server ~]# ipvsadm -D -t 172.25.254.100:80[root@DR-server ~]# ipvsadm -D -f 66

2.管理集群中RealServer的曾增刪改

-a? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?#添加realserver

-e? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?#更改realserver-t #tcp協議

-u? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? #udp協議

-f? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?#火墻 標簽

-r? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?#realserver地址

-g? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? #直連路由模式

-i? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?#ipip隧道模式

-m? ? ? ? ? ? ? ? ? ? #nat模式

-w? ? ? ? ? ? ? ? ? ? #設定權重

-Z? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?#清空計數器

-C? ? ? ? ? ? ? ? ? ? #清空lvs策略

-L? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?#查看lvs策略

-n? ? ? ? ? ? ? ? ? ?#不做解析

--rate? ? ? ? ? ? ? ?#輸出速率信息

形式

ipvsadm -a|e -t|u|f service-address -r realserver-address [-g|i|m] [-w weight]


?

#添加

[root@DR-server ~]# ipvsadm -a -t 172.25.254.100:80 -r 192.168.0.30 -m

[root@DR-server ~]# ipvsadm -a -t 172.25.254.100:80 -r 192.168.0.40 -m -w 2

#更改

[root@DR-server ~]# ipvsadm -e -t 172.25.254.100:80 -r 192.168.0.30 -m -w 1

[root@DR-server ~]# ipvsadm -e -t 172.25.254.100:80 -r 192.168.0.30 -i -w 1

#刪除

[root@DR-server ~]# ipvsadm -d -t 172.25.254.100:80 -r 192.168.0.30

[root@DR-server ~]# ipvsadm -Ln

[root@DR-server ~]# ipvsadm -Ln --rate

IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)

Prot LocalAddress:Port ? ? ? ? ? ? ? ? CPS ? InPPS ? OutPPS ? InBPS ? OutBPS

? ?-> RemoteAddress:Port

TCP 172.25.254.100:80? ? ? ? ? ? ? ? ??0? ? ? ? ? 0? ? ? ? ? ? ? ? 0? ? ? ? ? ?0? ? ? ? ? ? 0? ?

? ?-> 192.168.0.30:80? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?0? ? ? ? ??0? ? ? ? ? ? ? ? 0? ? ? ? ? ?0? ? ? ? ? ??0

? ?-> 192.168.0.40:80? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 0? ? ? ?? 0? ? ? ? ? ? ? ? 0? ? ? ? ?? 0? ? ? ? ? ? 0


[root@DR-server ~]# ipvsadm -C? ?——清空所有策略

[root@DR-server ~]# ipvsadm -Z -t 172.25.254.20:80

[root@DR-server ~]# ipvsadm -Ln --rate

IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)

Prot LocalAddress:Port ? ? ? ? ? ? ? ? CPS ? InPPS ? OutPPS ? InBPS ? OutBPS

? ?-> RemoteAddress:Port

TCP 172.25.254.20:80 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 0? ? ? ? ? ? 0? ? ? ? ? ? ?0? ? ? ? ? ? 0? ? ? ? ? ? ?0

? -> 192.168.0.30:80? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?0? ? ? ? ? ? 0? ? ? ? ? ? ? 0? ? ? ? ? ?0? ? ? ? ? ? ?0?

? ?-> 192.168.0.40:80? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 0? ? ? ? ? ? 0? ? ? ? ? ? ? ?0? ? ? ??? 0? ? ? ? ? ? ?0

?

?

?

NAT模式集群實驗：

實驗環境

主機名IPVIP角色
lvs192.168.0.100172.25.254.100調度器（VS）
RS1192.168.0.10，GW192.168.0.100null真實服務器（RS）
RS2192.168.0.20，GW192.168.0.100null真實服務器（RS）
client172.25.254.111測試機

注：

此實驗要關閉火墻然后網頁里要寫內容

systemctl disable --now firewalld.service

echo 20 > /var/www/html/index.html

實驗開始：

1.在lvs中啟用內核路由功能

]# echo "net.ipv4.ip_forward=1" > /etc/sysctl.d/ip_forward.conf]# sysctl --system

2.在node1中安裝ipvsadm

]# yum install ipvsadm -y

?3.在node1中添加調度策略

# ipvsadm -A -t 172.25.254.100:80 -s rr
]# ipvsadm -a -t 172.25.254.100:80 -r 192.168.0.10:80 -m
]# ipvsadm -a -t 172.25.254.100:80 -r 192.168.0.20:80 -m

4.查看策略

ipvsadm -Ln

?5.保存策略

ipvsadm -Sn

?

?6.刪除所有策略

ipvsadm -C

?7.重新加載策略

]# ipvsadm -R < /etc/sysconfig/ipvsadm-config
]# ipvsadm -Ln

?8.以上操作均為臨時，如果想開機啟動，就得設置

]# systemctl enable --now ipvsadm.service

?9.測試：

for N in {1..6};do curl 172.25.254.100;done

?

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