LVS是什么?
LVS是基于4层的负载均衡威廉希尔官方网站
,它是Linux内核的一个模块。
LVS的四种模式:
1)NAT模式
客户端访问LVS时,LVS通过重写请求报文的目标地址,且根据预设的调度算法,将请求分派给后端真实服务器,真实服务器接收到请求处理后,发出响应报文也需要通过LVS返回,返回时需要修改报文的源地址,然后返回给客户,完成整个负载调度过程。
NAT 模式就是使用 SNAT(目标地址转换,改变的是目标地址) 和 DNAT(源地址转换,改变的是源地址) 威廉希尔官方网站
完成报的转发,NAT 方式可支持任何的操作系统,以及私有网络,并且只需一个 Internet IP 地址,非常节省成本,但是整个系统的性能受到限制。
因为执行 NAT 每次需要重写数据包,有一定的延迟,另外,大部分应用有 80%的数据是从服务器流向客户机,也就是用户的请求非常短,而服务器的回应非常大,对LVS形成很大压力,容易成为瓶颈。
2)IP TUN模式
IP TUN(IP Tunneling 即 IP隧道)当 LVS 分配请求到不同的 real server,real server 处理请求后直接回应给用户,这样 LVS 仅处理客户机与服务器的一半连接。IP TUN 威廉希尔官方网站
极大地提高了 LVS 的调度处理能力,同时也极大地提高了系统能容纳的最大节点数,可以超过 100 个节点。
real server 可以在任何 LAN 或 WAN 上运行,这意味着允许地理上的分布,这在灾难恢复中有重要意义。但此模式要求所有服务器必须支持 IP 隧道协议,因此只能在 linux 下使用,在 windows 无法使用此模式下,关键步骤:LB会重新封装从客户端发来的包,封装后的包目标IP为其中一个Real Server。
3)DR模式
DR(即 Direct Routing 直接路由)与 IP TUN 类似,负载均衡器仅处理一半的连接,避免了新的性能瓶颈,同样增加了系统的可伸缩性,DR 与 IP TUN 相比,没有 IP 封装的开销,但由于采用物理层(修改 MAC地址)威廉希尔官方网站
,所有服务器都必须在同一个局域网 DR 与 IP TUN 相比,没有 IP 封装的开销,但由于采用数据链路层(修改 MAC地址)威廉希尔官方网站
,所有服务器都必须在一个物理网段。
此模式下,关键步骤:LB会修改从客户端发过来的包里的MAC地址,将MAC地址修改为其中某一个Real Server的mac地址。
4)FULL NAT模式
这种模式为NAT模式的升级版。 传统的NAT模式,LB和RS必须在同一个VLAN下,否则LB无法作为RS的网关。 这引发的两个问题是:
同一个 VLAN的限制导致运维不方便,跨VLAN的RS无法接入。
当RS横向扩容时,总有一天其上的单点LB会成为瓶颈。
Full-NAT解决的是LB和RS跨VLAN的问题,而跨VLAN问题解决后,LB和RS不再存在VLAN上的从属关系,可以做到多个LB对应多个RS,解决水平扩容的问题。 Full-NAT相比NAT的主要改进是,在SNAT/DNAT的基础上,加上另一种转换,转换过程如下:
在包从LB转到 RS 的过程中,源地址从客户端IP被替换成了LVS 的内网IP。内网IP之间可以通过多个交换机跨VLAN通信。
当RS处理完接收到的包,返回时,会将这个包返回给LB的内网IP,这一步也不受限于 VLAN。
LB收到包后,在NAT模式修改源地址的基础上,再把RS发来的包中的目标地址从LB内网IP改为客户端的 IP。
Full-NAT主要的思想是把网关和其下机器的通信,改为了普通的网络通信,从而解决了跨VLAN 的问题。采用这种方式,LB和RS的部署在VLAN上将不再有任何限制,大大提高了运维部署的便利性。
LVS的十种调度算法:
LVS的调度算法分为静态与动态两类。
1)静态算法(4种):只根据算法进行调度 而不考虑后端服务器的实际连接情况和负载情况
① RR:轮询调度(Round Robin) 调度器通过”轮询”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,而不管服务器上实际的连接数和系统负载。
② WRR:加权轮询(Weight RR) 调度器通过“加权轮叫”调度算法根据真实服务器的不同处理能力来调度访问请求。这样可以保证处理能力强的服务器处理更多的访问流量。调度器可以自动问询真实服务器的负载情况,并动态地调整其权值。
③ DH:目标地址hash(Destination Hash ) 根据请求的目标IP地址,作为散列键(HashKey)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,否则返回空。
④ SH:源地址 hash(Source Hash) 根据请求的源IP地址,作为散列键(HashKey)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,否则返回空。
2)动态算法(6种):前端的调度器会根据后端真实服务器的实际连接情况来分配请求
① LC:最少链接(Least Connections) 动态地将网络请求调度到已建立的链接数最少的服务器上。如果集群系统的真实服务器具有相近的系统性能,采用”最小连接”调度算法可以较好地均衡负载。
② WLC:加权最少连接(默认采用的就是这种)(Weighted Least Connections) 在集群系统中的服务器性能差异较大的情况下,调度器采用“加权最少链接”调度算法优化负载均衡性能,具有较高权值的服务器将承受较大比例的活动连接负载。调度器可以自动问询真实服务器的负载情况,并动态地调整其权值。
③ SED:最短延迟调度(Shortest Expected Delay ) 在WLC基础上改进,Overhead = (ACTIVE+1)*256/加权,不再考虑非活动状态,把当前处于活动状态的数目+1来实现,数目最小的,接受下次请求,+1的目的是为了考虑加权的时候,非活动连接过多缺陷:当权限过大的时候,会导致空闲服务器一直处于无连接状态。
④NQ永不排队/最少队列调度(Never Queue Scheduling NQ) 无需队列。如果有台 realserver的连接数=0就直接分配过去,不需要再进行sed运算,保证不会有一个主机很空闲。在SED基础上无论+几,第二次一定给下一个,保证不会有一个主机不会很空闲着,不考虑非活动连接,才用NQ,SED要考虑活动状态连接,对于DNS的UDP不需要考虑非活动连接,而httpd的处于保持状态的服务就需要考虑非活动连接给服务器的压力。
⑤ LBLC:基于局部性的最少链接(locality-Based Least Connections) 基于局部性的最少链接”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作负载,则用“最少链接”的原则选出一个可用的服务器,将请求发送到该服务器。
⑥ LBLCR:带复制的基于局部性最少连接(Locality-Based Least Connections with Replication) 带复制的基于局部性最少链接”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,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”最小连接”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“最小连接”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,以降低复制的程度。
审核编辑:刘清
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原文标题:LVS四种工作模式和十种算法
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