LVS概念类型及三种工作模式和十种调度算法介绍

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　　一、LVS概念
　　

　　LVS（Linux Virtual Server）：Linux 虚拟服务器
　　

　　LVS是个负载均衡设备，它不提供任何服务，用户请求到这里的时候，它是将客户需求转发至后端真正提供服务的服务，所以说后端的服务称作real server。LVS分为两段，前一段称为ipvsadm（管理集群服务的命令行工具），后面一段叫做ipvs（内核模块）【提示：LVS和iptables不能同时使用】。
　　

　　二、LVS类型
　　

　　LB（Load Balancing）：负载均衡集群
　　

　　特性：为了增加能力能力
　　

　　HA（High Availability）：高可用集群
　　

　　特性：提供服务的可用性(一年在线时间达到99.999%才行)
　　

　　计算方法：在线时间/(在线时间/故障处理时间)
　　

　　HP（[HPC]High Performance）：高性能集群
　　

　　特性：提供服务的性能
　　

　　三、LVS组成结构（负载均衡实现方案）
　　

　　基于DNS域名轮流解析的方法
　　

　　基于客户端调度访问的方法
　　

　　基于应用层系统负载的调度方法
　　

　　基于IP地址的调度方法
　　

　　其中基于IP的负载调度算法中，IP负载均衡技术是执行效率最高的
　　

　　四、LVS十种调度算法
　　

　　LVS三种工作模式、十种调度算法介绍
　　工作模式介绍：
　　1.Virtual server via NAT（VS-NAT）
　　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，物理服务器可以分配Internet的保留私有地址，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）数据增长到20个或更多时,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都需要经过负载均衡器再生。假使TCP包的平均长度是536字节的话，平均包再生延迟时间大约为60us（在Pentium处理器上计算的，采用更快的处理器将使得这个延迟时间变短），负载均衡器的最大容许能力为8.93M/s，假定每台物理服务器的平台容许能力为400K/s来计算，负责均衡器能为22台物理服务器计算。
　　

　　解决办法：即使是是负载均衡器成为整个系统的瓶颈，如果是这样也有两种方法来解决它。一种是混合处理，另一种是采用Virtual Server via IP tunneling或Virtual Server via direct routing。如果采用混合处理的方法，将需要许多同属单一的RR DNS域。你采用Virtual Server via IP tunneling或Virtual Server via direct routing以获得更好的可扩展性。也可以嵌套使用负载均衡器，在最前端的是VS-Tunneling或VS-Drouting的负载均衡器，然后后面采用VS-NAT的负载均衡器。
　　

　　2.Virtual server via IP tunneling（VS-TUN）
　　我们发现，许多Internet服务（例如WEB服务器）的请求包很短小，而应答包通常很大。
　　优点：负载均衡器只负责将请求包分发给物理服务器，而物理服务器将应答包直接发给用户。所以，负载均衡器能处理很巨大的请求量，这种方式，一台负载均衡能为超过100台的物理服务器服务，负载均衡器不再是系统的瓶颈。使用VS-TUN方式，如果你的负载均衡器拥有100M的全双工网卡的话，就能使得整个Virtual Server能达到1G的吞吐量。
　　缺点：但是，这种方式需要所有的服务器支持"IP Tunneling"(IP Encapsulation)协议，我仅在Linux系统上实现了这个，如果你能让其它操作系统支持，还在探索之中。
　　

　　3.Virtual Server via Direct Routing（VS-DR）
　　优点：和VS－TUN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，其中包括：Linux、Solaris 、FreeBSD 、windows、IRIX 6.5；HPUX11等。
　　不足：要求负载均衡器的网卡必须与物理网卡在一个物理段上。
　　

　　三种IP负载均衡技术的优缺点比较:
　　杂项　　　　　　　　　VS/NAT　　　　 VS/TUN　　　　　　VS/DR
　　服务器操作系统　　　　任意　　　　　　支持隧道　　　　　多数(支持Non-arp )
　　服务器网络　　　　　　私有网络　　　　局域网/广域网　　局域网
　　服务器数目(100M网络) 10-20　　　　　　100　　　　　　　多(100)
　　服务器网关　　　　　　负载均衡器　　　自己的路由　　　　自己的路由
　　效率　　　　　　　　　一般　　　　　　高　　　　　　　　最高
　　调度算法介绍：
　　1.轮叫调度（Round Robin）(简称rr)
　　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。
　　

　　2.加权轮叫（Weighted Round Robin）（简称wrr)
　　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能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.最少链接（Least Connections）(LC)
　　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。
　　

　　4.加权最少链接（Weighted Least Connections）(WLC)
　　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。
　　

　　5.基于局部性的最少链接（Locality-Based Least Connections）(LBLC)
　　“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.带复制的基于局部性最少链接（Locality-Based Least Connections with Replication）(LBLCR)
　　“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。
　　

　　7.目标地址散列（Destination Hashing）(DH)
　　“目标地址散列”调度算法根据请求的目标IP地址，作为散列键（Hash Key）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。
　　

　　8.源地址散列（Source Hashing）(SH)
　　“源地址散列”调度算法根据请求的源IP地址，作为散列键（Hash Key）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。
　　

　　9. 最短的期望的延迟（Shortest Expected Delay Scheduling SED）(SED)
　　基于wlc算法。这个必须举例来说了
　　ABC三台机器分别权重123 ，连接数也分别是123。那么如果使用WLC算法的话一个新请求进入时它可能会分给ABC中的任意一个。使用sed算法后会进行这样一个运算
　　A(1+1)/1
　　B(1+2)/2
　　C(1+3)/3
　　根据运算结果，把连接交给C 。
　　

　　10.最少队列调度（Never Queue Scheduling NQ）(NQ)
　　无需队列。如果有台 realserver的连接数＝0就直接分配过去，不需要在进行sed运算