LVS负载均衡群集

LVS（Linux Virtual Server）是一种基于Linux内核的高性能、开源的四层负载均衡解决方案，由章文嵩博士开发。它通过将客户端请求分发到多台后端服务器（Real Server）来实现负载均衡，提升系统的吞吐量、可用性和可扩展性。

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LVS 核心组件

1. 负载均衡器（Director Server/Load Balancer）

   • 负责接收客户端请求，并根据调度算法将请求转发到后端真实服务器。

   • 核心工具：ipvsadm（管理IPVS规则）。

2. 真实服务器池（Real Server Pool）

   • 实际处理请求的后端服务器群，可以是Web服务器、应用服务器等。

3. 虚拟IP（VIP，Virtual IP）

   • 客户端访问的对外IP地址，负载均衡器通过VIP接收请求。

4. 真实IP（RIP，Real IP）

   • 后端服务器的实际IP地址。

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LVS 工作模式

LVS支持三种主要负载均衡模式，适用于不同场景：

1. NAT 模式（Network Address Translation）

• 原理
  负载均衡器修改请求和响应的IP地址，将客户端请求的VIP转换为后端服务器的RIP，并将响应数据包的源IP改回VIP。

• 特点

  • 负载均衡器可能成为性能瓶颈（需处理双向流量）。

  • 后端服务器可使用私有IP，但需配置默认网关指向负载均衡器。

• 适用场景
  小规模集群，且对性能要求不高。

2. DR 模式（Direct Routing）

• 原理
  负载均衡器仅修改请求的MAC地址，将数据包直接路由到后端服务器，响应数据由后端服务器直接返回客户端（不经过负载均衡器）。

• 特点

  • 高性能（负载均衡器仅处理入站流量）。

  • 后端服务器需配置VIP在本地网卡上，并抑制ARP响应（通过arp_ignore和arp_announce参数）。

• 适用场景
  高吞吐量需求，如Web服务器集群。

3. TUN 模式（IP Tunneling）

• 原理
  负载均衡器通过IP隧道（IPIP封装）将请求转发到后端服务器，后端服务器解封装后直接响应客户端。

• 特点

  • 支持跨网络环境的负载均衡（后端服务器可位于不同子网）。

  • 需要后端服务器支持隧道协议。

• 适用场景
  跨机房或跨地域的负载均衡。

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LVS 调度算法

LVS支持多种调度算法，根据实际需求选择：

• 轮询（Round Robin, rr）：依次分发请求。

• 加权轮询（Weighted Round Robin, wrr）：根据服务器权重分配请求。

• 最少连接（Least Connections, lc）：将请求分发给当前连接数最少的服务器。

• 加权最少连接（Weighted Least Connections, wlc）：结合权重和连接数。

• 源地址哈希（Source Hashing, sh）：基于客户端IP哈希值分配，保证同一客户端始终访问同一后端服务器。

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LVS 配置示例（DR模式）

以下是一个简单的LVS-DR模式配置步骤：

1. 负载均衡器配置

# 添加虚拟服务（VIP）
ipvsadm -A -t 192.168.1.100:80 -s wrr

# 添加真实服务器（RIP）
ipvsadm -a -t 192.168.1.100:80 -r 192.168.1.101:80 -g  # -g表示DR模式
ipvsadm -a -t 192.168.1.100:80 -r 192.168.1.102:80 -g

2. 后端服务器配置

每台后端服务器需配置VIP到本地网卡（如lo:0）并抑制ARP：

# 配置VIP
ifconfig lo:0 192.168.1.100 netmask 255.255.255.255 up

# 抑制ARP响应
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

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LVS 高可用性

LVS本身是单点的，需结合高可用工具（如Keepalived）实现故障转移：

• Keepalived：通过VRRP协议实现主备负载均衡器的自动切换，同时管理LVS规则。

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LVS 优缺点

• 优点：

  • 高性能（内核态转发，无应用层开销）。

  • 支持多种调度算法和负载均衡模式。

  • 可扩展性强，支持大规模集群。

• 缺点：

  • 配置复杂度较高（尤其是DR模式的ARP问题）。

  • 仅支持四层负载均衡，无法基于应用层内容（如HTTP URL）做决策（需结合Nginx/Haproxy）。