LVS四种工作模式搭建与十种调度算法

发表于 2020-03-10 分类于负载均衡阅读次数：本文字数： 6.3k 阅读时长 ≈ 6 分钟

LVS概念

lvs集群类型中的术语：

VS：Virtual Server，Director Server(DS) Dispatcher(调度器)，Load Balancer
RS：Real Server(lvs), upstream server(nginx) backend server(haproxy)
CIP：Client IP
VIP: Virtual serve IP VS外网的IP
DIP: Director IP VS内网的IP
RIP: Real server IP 访问流程：CIP <–> VIP == DIP <–> RIP

lvs集群的类型

lvs集群的类型： lvs-nat：修改请求报文的目标IP,多目标IP的DNAT
lvs-dr：操纵封装新的MAC地址
lvs-tun：在原请求IP报文之外新加一个IP首部
lvs-fullnat：修改请求报文的源和目标IP

lvs-nat模式

本质是多目标IP的DNAT，通过将请求报文中的目标地址和目标端口修改为某挑出的RS的RIP和PORT实现转发
（1）RIP和DIP应在同一个IP网络，且应使用私网地址；RS的网关要指向DIP
（2）请求报文和响应报文都必须经由Director转发，Director易于成为系统瓶颈
（3）支持端口映射，可修改请求报文的目标PORT
（4）VS必须是Linux系统，RS可以是任意OS系统

[root@localhost ~]#hostnamectl set-hostname client
[root@localhost ~]#hostnamectl set-hostname LVS
[root@localhost ~]#hostnamectl set-hostname server1
[root@localhost ~]#hostnamectl set-hostname server2

[root@server1 ~]# echo server1 > /var/www/html/index.html
[root@server2 ~]# echo server2 > /var/www/html/index.html

[root@server1 ~]#systemctl start httpd.service
[root@server2 ~]#systemctl start httpd.service

[root@lvs ~]# yum install ipvsadm
[root@lvs ~]#ipvsadm -A -t 172.22.50.200:80
[root@lvs ~]#ipvsadm -a -t 172.22.50.200:80 -r 192.168.64.130 -m -w 3
[root@lvs ~]#ipvsadm -a -t 172.22.50.200:80 -r 192.168.64.140 –m –w 1

开启核心转发功能
[root@lvs ~]#vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward=1
[root@lvs ~]#sysctl -p
net.ipv4.ip_forward = 1

[root@client ~]#while true; do curl 172.22.50.200 ;sleep 1;done
server1
server2

保存
[root@lvs ~]#ipvsadm-save -n > /etc/sysconfig/ipvsadm
[root@lvs ~]#systemctl start ipvsadm
[root@lvs ~]#systemctl enable ipvsadm.service

开启https

[root@server1 ~]# yum install mod_ssl
[root@server1 ~]# systemctl restart httpd
[root@lvs ~]#ipvsadm -A -t 172.22.50.200:443
[root@lvs ~]#ipvsadm -a -t 172.22.50.200:443 -r 192.168.64.130 -m -w 3
[root@lvs ~]#ipvsadm -a -t 172.22.50.200:443 -r 192.168.64.140 –m –w 1

LVS-DR

router开启核心转发功能
[root@router ]#vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward=1
[root@router]#sysctl -p
net.ipv4.ip_forward = 1

[root@client ~]#traceroute 192.168.64.130
traceroute to 192.168.64.130 (192.168.64.130), 30 hops max, 60 byte packets
1 gateway (172.22.143.144) 1.551 ms 7.670 ms 7.611 ms
2 192.168.64.130 (192.168.64.130) 7.559 ms 7.512 ms 7.465 ms

RS服务器脚本

#!/bin/bash
vip=’192.168.64.200′
iface=’lo:1′
mask=’255.255.255.255′
port=’80’
rs1=’192.168.64.130′
rs2=’192.168.64.140′
scheduler=’wrr’
type=’-g’
rpm -q ipvsadm &> /dev/null || yum -y install ipvsadm &> /dev/null

case $1 in
start)
ifconfig $iface $vip netmask $mask #broadcast $vip up
iptables -F

ipvsadm -A -t ${vip}:${port} -s $scheduler
ipvsadm -a -t ${vip}:${port} -r ${rs1} $type -w 1
ipvsadm -a -t ${vip}:${port} -r ${rs2} $type -w 1
echo “The VS Server is Ready!”
;;
stop)
ipvsadm -C
ifconfig $iface down
echo “The VS Server is Canceled!”
;;
*)
echo “Usage: $(basename $0) start|stop”
exit 1
;;
esac

LVS服务器脚本

#!/bin/bash
vip=192.168.64.200
mask='255.255.255.255'
dev=lo:1
rpm -q httpd &> /dev/null || yum -y install httpd &>/dev/null
service httpd start &> /dev/null && echo "The httpd Server is Ready!"
echo "<h1>`hostname`</h1>" > /var/www/html/index.html

case $1 in
start)
    echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
    echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
    echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
    echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
    ifconfig $dev $vip netmask $mask #broadcast $vip up
    #route add -host $vip dev $dev
    echo "The RS Server is Ready!"
    ;;
stop)
    ifconfig $dev down
    echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
    echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
    echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
    echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
    echo "The RS Server is Canceled!"
    ;;
*) 
    echo "Usage: $(basename $0) start|stop"
    exit 1
    ;;
esac

[root@lvs ~]# ipvsadm -Ln –stats
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Conns InPkts OutPkts InBytes OutBytes
-> RemoteAddress:Port
TCP 192.168.64.200:80 7 42 0 2786 0
-> 192.168.64.130:80 3 18 0 1194 0
-> 192.168.64.140:80 4 24 0 1592 0

RIP与VIP不同网段

将VIP改为：10.0.0.100
Router加一个地址 10.0.0.200 与内网网卡绑定
Ifconfig eth0:1 10.0.0.200/24

MYSQL服务调度

[root@lvs ~]#ipvsadm -A -t 172.22.50.200:3306
[root@lvs ~]#ipvsadm -a -t 192.168.64.130:3306 -r 192.168.64.130 -m -w 3
[root@lvs ~]#ipvsadm -a -t 192.168.64.140:3306 -r 192.168.64.140 –m –w 1
添加授权账号

mysql -e ‘grant all on . to test@”%” identified by “centos” ’

mysql –uroot –pcentos –h

Firewall mark
iptables -t mangle -A PREROUTING -d 10.0.0.100 -p tcp -m multiport –dports 80,443 -j MARK –set-mark 10
[root@lvs ~]# ipvsadm -A -f 10 -s rr
[root@lvs ~]# ipvsadm -a -f 10 –r 192.168.64.130 -m -w 3
[root@lvs ~]# ipvsadm -a -f 10 –r 192.168.64.140 -m -w 3

持久连接

[root@lvs ~]# ipvsadm -A -f 10 -s rr –p

LVS十种调度算法：

LVS调度算法分为静态和动态两类：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
RR：轮叫调度（Round Robin）
调度器通过”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，而不管服务器上实际的连接数和系统负载｡
WRR：加权轮叫（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。
DH：目标地址散列调度（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。
SH：源地址 hash（Source Hash）
源地址散列”调度算法根据请求的源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｡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
LC：最少链接（Least Connections）
调度器通过”最少连接”调度算法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。
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。
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，会倒置空闲服务器一直处于无连接状态。
NQ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间。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。
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｡
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。