LVS负载均衡

LVS是 Linux Virtual Server 的简称，即Linux虚拟服务器。LB负载均衡集群是load balance的简写。常用的负载均衡开源软件有nginx、lvs、haproxy，硬件设备有F5、Netscale。

LB集群原理：当用户的请求过来时，直接分发到Director Server上，它把用户请求根据设置好的调度算法，智能均衡地分发到后端的真实服务器(real server)上。为避免不同机器上用户请求得到的数据不一样，需要用到共享存储，保证所有用户请求的数据一样。

一、基本介绍

通过 LVS 达到的负载均衡技术和 Linux 操作系统实现一个高性能高可用的 Linux 服务器集群，LVS架构从逻辑上可分为调度层、Server集群层和共享存储。

主要特点：

高并发连接：基于内核网络层面工作，有超强的承载能力和并发处理能力。单台LVS负载均衡器可支持上万并发连接。

稳定性强：工作在网络4层上仅作分发之用，这个特点决定了它在负载均衡里的性能最强，稳定性最好，对内存和cpu消耗极低。

成本低廉：硬件负载均衡器少则十几万，多则几十上百万，LVS只需一台服务器和就能免费部署使用。

配置简单：仅需几行命令即可完成配置，也可写脚本进行管理。

多种算法：可根据业务场景灵活调配进行使用。

多种工作模式：可根据业务场景，使用不同的工作模式。

应用范围广：工作在4层，所以它几乎可以对所有应用做负载均衡，包括http、数据库、DNS、ftp服务等。

缺点：

工作在4层，不支持7层规则修改，机制过于庞大，不适合小规模应用。

二、工作原理

1. 当用户向负载均衡调度器（Director Server）发起请求，调度器将请求发往至内核空间

2. PREROUTING链首先会接收到用户请求，判断目标IP确定是本机IP，将数据包发往INPUT链

3. IPVS是工作在INPUT链上的，当用户请求到达INPUT时，IPVS会将用户请求和自己已定义好的集群服务进行比对，如果用户请求的就是定义的集群服务，那么此时IPVS会强行修改数据包里的目标IP地址及端口，并将新的数据包发往POSTROUTING链

4. POSTROUTING链接收数据包后发现目标IP地址刚好是自己的后端服务器，那么此时通过选路，将数据包最终发送给后端的服务器

三、八种调度算法

1. 轮询调度 rr

按依次循环的方式将请求调度到不同的服务器上。轮询算法假设所有的服务器处理请求的能力都一样，调度器将所有请求平均分配给每个真实服务器，不管后端 RS 配置和处理能力，非常均衡地分发下去。

2. 加权轮询 wrr

比 rr 的算法多了权重的概念，可以给 RS 设置权重，权重越高，分发的请求数越多，权重的取值范围 0~100。如果服务器A的权值为1，服务器B的权值为2，则调度到服务器B的请求是服务器A的2倍。权值越高的服务器，处理的请求越多。

3. 最少链接 lc

根据后端 RS 连接数来决定把请求分发给谁，比如 RS1 连接数比 RS2 连接数少，请求就优先发给 RS1。

4. 加权最少链接 wlc

比 lc 多了一个权重的概念。

5. 基于局部性的最少连接调度算法 lblc

请求数据包的目标 IP 地址，先根据请求的目标 IP 寻找最近的该目标 IP 所有使用的服务器，如果这台服务器依然可用，并且有能力处理该请求，调度器会尽量选择相同的服务器，否则会继续选择其它可行服务器。

6. 复杂的基于局部性最少的连接算法 lblcr

记录的不是要给目标 IP 与一台服务器之间的连接记录，它会维护一个目标 IP 到一组服务器之间的映射关系，防止单点服务器负载过高。

7. 目标地址散列调度算法 dh

根据目标 IP 地址通过散列函数将目标 IP 与服务器建立映射关系，出现服务器不可用或负载过高的情况下，发往该目标 IP 的请求会固定发给该服务器。

8. 源地址散列调度算法 sh

与目标地址散列调度算法类似，但它是根据源地址散列算法进行静态分配固定的服务器资源。

四、LVS结合keepalive

LVS可以实现负载均衡，但不能进行健康检查，比如一个rs出现故障，LVS仍然会把请求转发给故障的rs，这样就导致请求无效。keepalive 可以进行健康检查，且能同时实现LVS的高可用性，解决LVS单点故障的问题。