lvs
一、负载均衡LVS基本介绍
LVS是 Linux Virtual Server 的简称,也就是Linux虚拟服务器。这是一个由章文嵩博士发起的一个开源项目,它的官方网站是 http://www.linuxvirtualserver.org 现在 LVS 已经是 Linux 内核标准的一部分。使用 LVS 可以达到的技术目标是: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,它具有良好的可靠性、可扩展性和可操作性。从而以低廉的成本实现最优的性能。LVS 是一个实现负载均衡集群的开源软件项目,LVS架构从逻辑上可分为调度层、Server集群层和共享存储。
LVS:
1、抗负载能力强。抗负载能力强、性能高,能达到F5硬件的60%;对内存和cpu资源消耗比较低
2、工作在网络4层,通过vrrp协议转发(仅作分发之用),具体的流量由linux内核处理,因此没有流量的产生。
2、稳定性、可靠性好,自身有完美的热备方案;(如:LVS+Keepalived)
3、应用范围比较广,可以对所有应用做负载均衡;
4、不支持正则处理,不能做动静分离。
5、支持负载均衡算法:rr(轮循)、wrr(带权轮循)、lc(最小连接)、wlc(权重最小连接)
6、配置 复杂,对网络依赖比较大,稳定性很高。
Ngnix:
1、工作在网络的7层之上,可以针对http应用做一些分流的策略,比如针对域名、目录结构;
2、Nginx对网络的依赖比较小,理论上能ping通就就能进行负载功能;
3、Nginx安装和配置比较简单,测试起来比较方便;
4、也可以承担高的负载压力且稳定,一般能支撑超过1万次的并发;
5、对后端服务器的健康检查,只支持通过端口来检测,不支持通过url来检测。
6、Nginx对请求的异步处理可以帮助节点服务器减轻负载;
7、Nginx仅能支持http、https和Email协议,这样就在适用范围较小。
8、不支持Session的直接保持,但能通过ip_hash来解决。、对Big request header的支持不是很好,
9、支持负载均衡算法:Round-robin(轮循)、Weight-round-robin(带权轮循)、Ip-hash(Ip哈希)
10、Nginx还能做Web服务器即Cache功能。
HAProxy的特点是:
1、支持两种代理模式:TCP(四层)和HTTP(七层),支持虚拟主机;
2、能够补充Nginx的一些缺点比如Session的保持,Cookie的引导等工作
3、支持url检测后端的服务器出问题的检测会有很好的帮助。
4、更多的负载均衡策略比如:动态加权轮循(Dynamic Round Robin),加权源地址哈希(Weighted Source Hash),加权URL哈希和加权参数哈希(Weighted Parameter Hash)已经实现
5、单纯从效率上来讲HAProxy更会比Nginx有更出色的负载均衡速度。
6、HAProxy可以对Mysql进行负载均衡,对后端的DB节点进行检测和负载均衡。
9、支持负载均衡算法:Round-robin(轮循)、Weight-round-robin(带权轮循)、source(原地址保持)、RI(请求URL)、rdp-cookie(根据cookie)
10、不能做Web服务器即Cache。
二、LVS的组成
LVS 由2部分程序组成,包括 ipvs 和 ipvsadm。
1. ipvs(ip virtual server):一段代码工作在内核空间,叫ipvs,是真正生效实现调度的代码。
2. ipvsadm:另外一段是工作在用户空间,叫ipvsadm,负责为ipvs内核框架编写规则,定义谁是集群服务,而谁是后端真实的服务器(Real Server)
三、lvs的三种模式
VS/DR模式
①.客户端将请求发往前端的负载均衡器,请求报文源地址是CIP,目标地址为VIP。
②.负载均衡器收到报文后,发现请求的是在规则里面存在的地址,那么它将目标MAC改为了RIP的MAC地址,并将此包发送给RS。
③.RS发现请求报文中的目的MAC是自己,就会将次报文接收下来,处理完请求报文后,将响应报文通过lo接口送给eth0网卡直接发送给客户端。
注意:
需要设置lo接口的VIP不能响应本地网络内的arp请求。
优点:
和TUN(隧道模式)一样,负载均衡器也只是分发请求,应答包通过单独的路由方法返回给客户端。与VS-TUN相比,VS-DR这种实现方式不需要隧道结构,因此可以使用大多数操作系统做为物理服务器。
DR模式的效率很高,但是配置稍微复杂一点,因此对于访问量不是特别大的公司可以用haproxy/nginx取代。日1000-2000W PV或者并发请求1万一下都可以考虑用haproxy/nginx。
缺点:
所有 RS 节点和调度器 LB 只能在一个局域网里面。
VS/TUN模式
①.客户端将请求发往前端的负载均衡器,请求报文源地址是CIP,目标地址为VIP。
②.负载均衡器收到报文后,发现请求的是在规则里面存在的地址,那么它将在客户端请求报文的首部再封装一层IP报文,将源地址改为DIP,目标地址改为RIP,并将此包发送给RS。
③.RS收到请求报文后,会首先拆开第一层封装,然后发现里面还有一层IP首部的目标地址是自己lo接口上的VIP,所以会处理次请求报文,并将响应报文通过lo接口送给eth0网卡直接发送给客户端。
注意:
需要设置lo接口的VIP不能在公网上出现。
优点:
负载均衡器只负责将请求包分发给后端节点服务器,而RS将应答包直接发给用户。所以,减少了负载均衡器的大量数据流动,负载均衡器不再是系统的瓶颈,就能处理很巨大的请求量,这种方式,一台负载均衡器能够为很多RS进行分发。而且跑在公网上就能进行不同地域的分发。
缺点:
隧道模式的RS节点需要合法IP,这种方式需要所有的服务器支持”IP Tunneling”(IP Encapsulation)协议,服务器可能只局限在部分Linux系统上。
VS/NAT模式
①.客户端将请求发往前端的负载均衡器,请求报文源地址是CIP(客户端IP),后面统称为CIP),目标地址为VIP(负载均衡器前端地址,后面统称为VIP)。
②.负载均衡器收到报文后,发现请求的是在规则里面存在的地址,那么它将客户端请求报文的目标地址改为了后端服务器的RIP地址并将报文根据算法发送出去。
③.报文送到Real Server后,由于报文的目标地址是自己,所以会响应该请求,并将响应报文返还给LVS。
④.然后lvs将此报文的源地址修改为本机并发送给客户端。
注意:
在NAT模式中,Real Server的网关必须指向LVS,否则报文无法送达客户端
优点:
集群中的物理服务器可以使用任何支持TCP/IP操作系统,只有负载均衡器需要一个合法的IP地址。
缺点:
扩展性有限。当服务器节点(普通PC服务器)增长过多时,负载均衡器将成为整个系统的瓶颈,因为所有的请求包和应答包的流向都经过负载均衡器。当服务器节点过多时,大量的数据包都交汇在负载均衡器那,速度就会变慢!
七、LVS的八种调度算法
1. 轮叫调度 rr
这种算法是最简单的,就是按依次循环的方式将请求调度到不同的服务器上,该算法最大的特点就是简单。轮询算法假设所有的服务器处理请求的能力都是一样的,调度器会将所有的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. 加权轮叫 wrr
这种算法比 rr 的算法多了一个权重的概念,可以给 RS 设置权重,权重越高,那么分发的请求数越多,权重的取值范围 0 – 100。主要是对rr算法的一种优化和补充, LVS 会考虑每台服务器的性能,并给每台服务器添加要给权值,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的请求会是服务器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
这个算法会根据后端 RS 的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,那么请求就优先发给 RS1
4. 加权最少链接 wlc
这个算法比 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
这个算法是请求数据包的目标 IP 地址的一种调度算法,该算法先根据请求的目标 IP 地址寻找最近的该目标 IP 地址所有使用的服务器,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的服务器
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
该算法是根据目标 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。
DR模式 direct_server:192.168.254.17 real_server:192.168.254.18 real_server:192.168.254.19 #vip为虚拟服务ip vip:192.168.254.250 direct_server: yum install ipvsadm 老板 direct_server: ipvsadm -C #清除配置信息 #添加对外提供的服务ip ipvsadm -A -t 192.168.254.250:80 -s rr #-A为ADD -t为tcp -s rr为设置算法为轮叫算法 #添加2台real_server主机 ipvsadm -a -t 192.168.254.250:80 -r 192.168.254.18:80 -g #-a为add -t为tcp -r为realserver -g为DR路由模式 ipvsadm -a -t 192.168.254.250:80 -r 192.168.254.19:80 -g #-a为add -t为tcp -r为realserver -g为DR路由模式 #配置网卡的子网口为vip,ip地址为192.168.254.250 ifconfig ens33:0 192.168.254.250 broadcast 192.168.254.250 netmask 255.255.255.255 up #添加路由(访问192.168.254.250都走ens33:0这个网卡) route add -host 192.168.254.250 dev ens33:0 员工1 | 员工2 real_server: #在回环地址的子网口上配置服务ip(vip) ifconfig lo:0 192.168.254.250 broadcast 192.168.254.250 netmask 255.255.255.255 up #添加路由 route add -host 192.168.254.250 dev lo:0 echo "1">/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore echo "2">/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce echo "1">/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore echo "2">/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce echo "0">/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore echo "0">/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce echo "0">/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore echo "0">/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce arp_ignore:定义接收到ARP请求时的响应级别 0:默认,只用本地配置的有响应地址都给予响应 1:仅仅在目标IP是本地地址,并且是配置在请求进来的接口上的时候才给予响应 (仅在请求的目标地址配置请求到达的接口上的时候,才给予响应) arp_announce:定义将自己的地址向外通告时的级别 0:默认,表示使用配置在任何接口的任何地址向外通告 1:尽量仅向目标网络通告与其网络匹配的地址 2:仅向与本地接口上地址匹配的网络进行通告
nat配置
DS:桥接:192.168.31.100 255.255.255.0 192.168.31.1 vmnet2:192.168.250.1 255.255.255.0 RS1:192.168.250.2 255.255.255.0 192.168.250.1 RS2:192.168.250.3 255.255.255.0 192.168.250.1 #挂在本地镜像 mount /dev/cdrom /mnt/ cd /mnt/Packages/ #安装ipvsadm包 rpm -ivh ipvsadm-1.27-7.el7.x86_64.rpm #开启转发模式 [root@db1 ~]# cat /proc/sys/net/ipv4/ip_forward 0
[root@db1 ~]#echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward 或者vim /etc/sysctl.conf net.ipv4.ip_forward = 1
#配置nat模式ipvsadm -A -t 192.168.31.100:80 -s rr ipvsadm -a -t 192.168.31.100:80 -r 192.168.250.2 -m ipvsadm -a -t 192.168.31.100:80 -r 192.168.250.3 -m #如果想让配置保存下来需要 #查看ipvsadm包的文件位置 [root@db1 ~]# rpm -ql ipvsadm-1.27-7.el7.x86_64 /etc/sysconfig/ipvsadm-config /usr/lib/systemd/system/ipvsadm.service /usr/sbin/ipvsadm /usr/sbin/ipvsadm-restore /usr/sbin/ipvsadm-save /usr/share/doc/ipvsadm-1.27/usr/share/doc/ipvsadm-1.27/README /usr/share/man/man8/ipvsadm-restore.8.gz /usr/share/man/man8/ipvsadm-save.8.gz /usr/share/man/man8/ipvsadm.8.gz #查看ipvsadm.service服务的结构可以看到配置未见在/etc/sysconfig/ipvsadm [root@db1 ~]# cat /usr/lib/systemd/system/ipvsadm.service 那么我们只需要ipvsadm -S > /etc/sysconfig/ipvsadm就可以把配置文件保存在配置文件中 ipvsadm -R < /etc/sysconfig/ipvsadm就可以从配置文件中恢复到当前配置
tun配置
tun隧道模式 lvs-server ifconfig tunl0 192.168.254.250 broadcast 192.168.254.250 netmask 255.255.255.0 up route add -host 192.168.254.250 dev tunl0 ipvsadm -A -t 192.168.254.250:80 -s rr ipvsadm -a -t 192.168.254.250:80 -r 192.168.254.18 -i ipvsadm -a -t 192.168.254.250:80 -r 192.168.254.19 -i real server ifconfig tunl0 192.168.254.250 netmask 255.255.255.255 broadcast 192.168.254.250 up route add -host 192.168.254.250 dev tunl0 echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/tunl0/arp_ignore echo "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/tunl0/arp_announce echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore echo "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce echo "0" >/proc/sys/net/ipv4/conf/tunl0/rp_filter echo "0" > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/rp_filter 0:不开启源地址校验。 1:开启严格的反向路径校验。对每个进来的数据包,校验其反向路径是否是最佳路径。 如果反向路径不是最佳路径,则直接丢弃该数据包。 2:开启松散的反向路径校验。对每个进来的数据包,校验其源地址是否可达,即反向路径是否能通(通过任意网口), 如果反向路径不同,则直接丢弃该数据包。