lvs负载调度原理和方式

一、定义

lvs它是一种集群(Cluster)技术，采用IP负载均衡技术和基于内容请求分发技术。调度器具有很好的吞吐率，将请求均衡地转移到不同的服务器上执行，且调度器自动屏蔽掉服务器的故障，从而将一组服务器构成一个高性能的、高可用的虚拟服务器。整个服务器集群的结构对客户是透明的，而且无需修改客户端和服务器端的程序。

二、实现方式：

     1） NAT模式：

原理：就是把客户端发来的数据包的IP头的目的地址，在负载均衡器上换成其中一台真机服务器的IP地址，并发至此真机服务器来处理,真机服务器处理完成后把数据交给经过负载 均衡器,负载均衡器再把数据包的原IP地址改为自己的IP，将目的地址改为客户端IP地址即可｡期间,无论是进来的流量,还是出去的流量,都必须经过负载 均衡器｡ 

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！

2）IP隧道模式（VS-TUN）

原理：首先要知道，互联网上的大多Internet服务的请求包很短小，而应答包通常很大。那么隧道模式就是，把客户端发来的数据包，封装一个新的IP头 标记(仅目的IP)发给真机服务器,真机服务器收到后,先把数据包的头解开,还原数据包,处理后,直接返回给客户端,不需要再经过负载均衡器｡注意,由于真机度武器需要对负 载均衡器发过来的数据包进行还原,所以说必须支持IPTUNNEL协议｡所以,在真机服务器的内核中,必须编译支持IPTUNNEL这个选项

优点：负载均衡器只负责将请求包分发给后端节点服务器，而真机服务器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真机服务器进行分发。而且跑在公网上就能进行不同地域的分发。

缺点：隧道模式的真机服务器节点需要合法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。

3）直接路由模式

原理：负载均衡器和RS都使用同一个IP对外服务｡但只有DR对ARP请求进行响应,所有RS对本身这个IP的ARP请求保持静默｡也就是说,网关会把对 这个服务IP的请求全部定向给DR,而DR收到数据包后根据调度算法,找出对应的RS,把目的MAC地址改为RS的MAC（因为IP一致）并将请求分发给 这台RS｡这时RS收到这个数据包,处理完成之后，由于IP一致，可以直接将数据返给客户，则等于直接从客户端收到这个数据包无异,处理后直接返回给客户 端｡由于负载均衡器要对二层包头进行改换,所以负载均衡器和RS之间必须在一个广播域,也可以简单的理解为在同一台交换机上｡

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。

缺点：要求负载均衡器的网卡必须与物理网卡在一个物理段上。

调度算法

       LVS 的负载调度算法 在内核中的连接调度算法上,IPVS 已实现了以下八种调度算法

1、 轮调调度(Round­Robin Scheduling ) 
           （1）轮叫的方式依次将请求调度不同的服务器 
          （2）算法的优点是其简洁性,它无需记录当前所有连接的状态,所以它是一种无状态调度。

2、加权轮叫调度(Weighted Round­Robin Scheduling ) 
          （1）解决服务器间性能不一的情况, 
          （2）按权值的高低和轮叫方式分配请求到各服务器。权值高的服务器先收到的连接,权值高的服 务器比权值低的服务器处理更多的连接,相同权值的服务器处理相同数目的连接数。

3、最小连接调度(Least­Connection Scheduling ) 
           （1）把新的连接请求分配到当前连接数最小的服务器。 
           （2）一种动态调度算法,它通过服务器当前所活跃的连接数来估计服 
务 器的负载情况。调度器需要记录各个服务器已建立连接的数目,当一个请求被调度到某台服务器,其连接数加 1;当连接中止或超时,其连接数减一。

4、加权最小连接调度(Weighted Least­Connection Scheduling) 

            （1）最小连接调度的超集,各个服务器用相应的权值表示其处理性能。 
            （2）服务器的缺省权值为1,系统管理员可以动态地设置服务器的权 值。 
           （3）加权最小连接调度在调度新连接时尽可能使服务器的已建立连接数和其权值成比例。

5、基于局部性的最少链接(Locality­Based Least Connections Scheduling ) 
           （1）简称LBLC算法，针对请求报文的目标 IP 地址的负载均衡调度,目前主要用于 Cache 集群系统,因为在 Cache 集群中 客户请求报文的目标 IP 地址是变化的。 
           （2）假设任何后端服务器都可以处理任一请求,算法的设计目标是在服务器的负载基本平衡情况下,将相同目标IP地址的请求调度到同一台服务器,来提高各台服务器的访问局部性和主存 Cache 命中率,从而整个集群系统的处理能力。 
            （3）LBLC调度算法先根据请求的目标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其一半的工作负载,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(Locality­Based Least Connections with Replication Scheduling) 
           （1）简称 LBLCR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。 
          （2）LBLCR 算法先根据请求的目标 IP 地址找出该目标 IP 地址对应的服务器组;按 “ 最小连接 ” 原则从该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 ” 原则从整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、目标地址散列调度(Destination Hashing Scheduling） 
           （1）针对目标 IP 地址的负载均衡,但它是一种静态映射算法,通过一个散列(Hash)函数将一个目标 IP 地址映射到一台服务器。 
          （2）目标地址散列调度算法先根据请求的目标 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、源地址散列调度(Source Hashing Scheduling) 
          （1）源地址散列调度(Source Hashing Scheduling)算法正好与目标地址散列调度算法相反 

          （2）它根据请求的源 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。 
          （3）它采用的散列函数与目标地址散列调度算法 的相同。它的算法流程与目标地址散列调度算法的基本相似,除了将请求的目标 IP 地址换成请求的源 IP 地址。 
          （4）在实际应用中,源地址散列调度和目标地址散列调度可以结合使用在防火墙集群中,它们可以保证整个系统的唯一出入口。

本文转自技术小白JDY51CTO博客，原文链接：http://blog.51cto.com/13355576/2072820，如需转载请自行联系原作者