LVS負載均衡概述

什麼是LVS負載均衡 ？
可伸縮網絡服務涉及到幾種不同的結構，它們都需要一個前端的負載調度器（或者多個進行主從備份）。
先分析實現虛擬網絡服務的主要技術，指出 <strong>IP</strong> 負載均衡技術是在負載調度器的實現技術中效率最高的。在已有的IP負載均衡技術中，主要有通過網絡地址轉換NAT（Network Address Translation）將一組服務器構成一個高性能的、高可用的虛擬服務器，稱之爲VS/NAT技術（Virtual Server via Network Address Translation）。在分析VS/NAT的缺點和網絡服務的非對稱性的基礎上，提出了通過IP隧道實現虛擬服務器的方法VS/TUN （Virtual Server via IP Tunneling），和通過直接路由實現虛擬服務器的方法VS/DR（Virtual Server via Direct Routing），它們可以極大地提高系統的伸縮性。VS/NAT、VS/TUN和VS/DR技術是LVS集羣中實現的三種IP負載均衡技術。
企業羣及應用概述

• 羣集的含義
  • Cluster，集羣、羣集
  • 由多臺主機構成，但對外只表現爲一個整體
• 在互聯網應用中 ，隨着站點對硬件性能、響應速度、服務穩定性、數據可靠性等要求越來越高，單臺服務器力不從心
• 解決方法
  • 使用價格昂貴的小型機、大型機
  • 使用普通服務器構建服務羣集
• 根據羣集所針對的目標差異，可分爲三個類型
  • 負載均衡羣集
  • 高可用羣集
  • 高性能運算羣集
• 負載均衡羣集（Load Balance Cluster）
  • 以提高應用系統的響應能力。儘可能處理更多的訪問請求、減少延遲爲目標，獲得高併發、高負載（LB）的整體性能
  • LB的負載分配依賴於主節點的分流算法（調度算法）
• 高可用羣集（High Availability Cluster）
  • 以提高應用系統的可靠性、儘可能的減少中斷時間爲目標，確保服務的連續性，達到高可用（HA）的容錯效果
  • HA的工作方式包括雙工和主從兩種模式
• 高性能的運算羣集（High Performance Computer Cluster）
  • 以提高應用系統的CPU運算速率、擴展硬件資源和分析能力爲目標，獲得相當於大型、超級計算機的高性能運算（HPC）能力
  • 高性能運算羣集的高性能依賴於“分佈式運算”、“並行計算”，通過專用硬件和軟件將多個服務器的CPU、內存等資源整合在一起，實現只有大型、超級計算機才具備的計算能力

備註：
HA ：高可用
雙工是兩臺平級的服務器，稱爲去中心化羣集；
主從是有一個主服務器帶有多個從服務器，稱爲中心化羣集

負載均衡羣集工作模式分析

• 負載均衡羣集是目前企業用的最多的羣集類型
• 羣集的負載調度技術有三種工作模式
  1. 地址轉換（NAT）
  2. IP隧道（TUN）
  3. 直接路由（DR）

NAT模式

• 地址轉換（Network Address Translation）
  1.簡稱NAT模式，類似於防火牆的私有網絡結構，負載調度器作爲所有服務器節點的網關，即作爲客戶機的訪問入口，也是各節點回應客戶機的訪問出口
  2.服務器節點使用私有IP地址，與負載調度器位於同一個物理網絡，安全性要優於其他兩種方式（安全性最優）
  

TUN模式

• IP隧道（IP Tunnel）
  1.簡稱TUN模式，採用開放式的網絡結構，負載調度器僅作爲客戶機的訪問入口，各個節點通過各自的Internet連接直接回應客戶機，而不再經過負載調度器
  2.服務器節點分散在互聯網中不同位置，具有獨立的公網IP地址，通過專用IP隧道與負載調度器相互通信
  

DR模式

• 直接路由（Direct Routing）
  1.簡稱DR模式，採用半開放式的網絡結構，與TUN模式的結構類似，但各節點並不是分散在各地，而是與調度器位於同一個物理網絡
  2.負載調度器與各節點服務器通過本地網絡連接，不需要建立專用的IP隧道
  

負載均衡的結構

• 第一層：負載調度器（Load Balancer或Director）
• 第二層：服務器池（server pool）
• 第三層：共享存儲（Share Storage）

負載均衡羣集結構

• 負載均衡結構
  

關於LVS虛擬服務器

• Linux Virtual Server

  • 針對Linux內核的負載均衡解決方案
  • 1998年5月，由我國的章文嵩博士創建
  • 官方網站：http://www.linuxvirtualserver.org/

  
  LVS的負載調度算法

• 輪詢（Round Robin）
  • 將收到的訪問請求按照順序輪流分配給羣集的各節點（真實服務器），均等的對待每一臺服務器，而不管服務器實際的連接數和系統負載
• 加權輪詢（Weighted Round Robin）
  • 根據真實服務器的處理能力輪流分配收到的訪問請求，調度器可以自動查詢各節點的負載情況，並動態調整其權重
  • 保證處理能力強的服務器承擔更多的訪問流量

權重：分配訪問的個數，性能強的服務器分配的權重多

LVS的負載調度算法

• 最少連接（Least Connections）
  • 根據真實服務器已建立的連接數進行分配，將收到的訪問請求優先分配給連接數量最少的節點
• 加權最少連接（Weighted Least Connections）
  • 在服務器節點 的性能差異較大的情況下，可以爲真實服務器自動調整權重
  • 權重較高的節點將承擔更大比例的活動連接負載