Lvs 理论知识和实践
Lvs 理论知识和实践
LVS是Linux Virtual Server的简写，意即Linux虚拟服务器，是一个虚拟的服务器集群系统。本项目在1998年5月由章文嵩博士成立，是中国国内最早出现的自由软件项目之一。LVS集群采用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。为此，在设计时需要考虑系统的透明性、可伸缩性、高可用性和易管理性。
1，Cluster 理论
1.1，系统拓展的方式：
scale up：向上发展；
scaleout：向外发展；
1.2，集群类型：
LB:负载均衡集群 -->将一个系统上所面临的诸多负载load Banlancing另外一个主机上；
硬件： F5 Big-ip
Citrix Netscaler
A10 A10
软件：Lvs（大型网站）除了负载均衡没有其他的健康检测状态；
haproxy， nginx (居多)，httpd(proxy模块) ，varnish
ats （apache traffic server）发展需要；
perlbal
基于工作协议层划分：
传输层： Lvs，haproxy(模拟出TCP层可调度mode tcp)；
应用层：haproxy(个别协议)，nginx，ats，perlbal
HA:高可用集群，high availability
HP:高性能集群，high performancing
分布式存储及并行处理集群，
1.3，系统：
可扩展性；
可用性；
容量；例如高速公路，可以跑多少汽车； 单位时间内完成的总量；
性能；例如车速，单位时间内通过的汽车数量；响应时间；
注意，系统运维：可用性-->做好标准化-->自动化运维 (稳定性高于一切)；
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2，构建高可用扩展性系统的重要原则，在系统内部尽量避免穿行和交互；
GSLB: Global serviceload balancing全局负载均衡
SLB：service load balancing 服务负载平衡
分层：负载均衡层静态内容层 数据存储层
动态内容层
分割：功能上分割，把不同的请求分布到不同的server；
分布式：
分布式应用；
分布式静态资源；
分布式数据和存储；
分布式计算；
2.1，四层交换，四层路由
根据请求报文的目标IP和port将其转发至后端主机集群中的某一台主机(根据负载均衡算法)；
netfilter：
入站： prerouting------>input；
转发:prerouting---> forward--->postrouting；
出站：output---->postrouting；
2.2，Lvs ：
ipvsadm (写规则)/ipvs(定义规则) 工作在netfilter的内核中；
ipvsadm：用户空间的命令行工具，用于管理集群服务；
ipvs：工作在内核中netfilter INPUT 钩子协议上；
支持TCP、UDP、AH、EST、AH_EST、SCTP等协议；
2.3，Centos 7 查看调度模块信息；
# grep -i -A 10 'IPVS'/boot/config-3.10.0-229.el7.x86_64
2.4，Lvs arch ：
调度器：director(导演)、dispatcher(调度员)、
RS：Real server，
client IP：cip
directorvirutal ip：vip
director ip：dip
real serverip：rip
2.5，Lvs type：
A, Lvs-nat：基于Dnat模式masquerade(地址伪装)类型
B,Lvs-dr：直接路由directrouting，gateway类型
C,Lvs-tun：ip隧道 ip tunnelingIPIP 隧道类型
D,Lvs-fullnat：非标准类型 请求报文转发时修改源、目标地址
A,Lvs-nat：
多目标的DNAT（iptables）；
通过修改请求报文的目标IP地址和端口，完成端口映射，至挑选出某RS的RIP地址实现转发；
（1） RS应该和DIP使用私网地址，且RS的网关需要指向DIP;
（2）请求和响应报文都要经由director转发；极高负载的场景中，director可能会成为系统瓶颈；
（3）RS 可以使用任意OS，支持端口映射；
（4）RS的RIP和director的DIP必须在同一IP网络；
如图1.1所示：
B,Lvs-dr:direct routing
通过修改请求报文的目标mac地址进行转发；
director：VIP ，DIP
RSs：RIP,VIP
（1）必须保证前段路由器将目标IP为VIP的请求报文发送给director；
解决方案：
静态绑定；director MAC地址绑定
arptables；在每个real server 启用arptables，
修改RS主机内核参数(linux 主机)；
（2）RS的RIP可以使用私有地址，但也可以使用公网地址；
（3）RS根director必须在同一物理网络；
（4）请求报文经由director调度，但响应报文不一定能经由director（由RS直接转发）；
（5）不支持端口映射
（6）RS可以大多数OS；
（7）RS的网关不能指向DIP；
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3，Lvs -type
Lvs-nat：RIP与DIP必须在同一网段；
Lvs-dir: director与RS必须在同一网段；
Lvs-tun：
不修改请求报文的IP首部，而是通过原有的IP首部之外，在封装一个IP首部；
（1）RIP、DIP、VIP都是公网地址；
（2）RS网关不能指向DIP，
（3）请求报文经由director调度，响应报文必须不经由director；
（4）不支持端口映射，RS的OS必须支持隧道功能；
Lvs-fullnat:可以跨机房设置
请求报文到达时，director同时修改报文的源地址和目标地址；
（1）VIP是公网地址，DIP和RIP可以不在同一网段；
（2）RS接收到的请求报文源地址为DIP，因此要响应给DIP；
（3）请求报文和响应报文必须经由director；
（4）支持端口映射，RS的OS可以使用任意OS；
4,http：stateless
追踪每一客户端，需要给每一个客户端发放一个cookie；
session保持：将来自于同一个用户的请求，调用到同一个RS；
session绑定：请求报文插入cookie， (nginx可以,lvs不可以
session集群；session主从机制会浪费内存、cpu等消耗；
session服务器；共享存储服务器，KV机制存储；
5，Lvs scheduler：
静态方法：仅根据算法本身进行调度，不考虑负载状态；起点公平
RR: roundrobin ，轮询
WRR：weighted rr ，加权
SH：source hash 源地址hash 实现session保持；损害负载均衡的效果；
将来自同一个IP的请求始终调度至同一RS；反向代理
DH：destination hash，目标地址hash，不管来自哪一个的请求，请求同一个目标时，都会调度至同一个RS， 正向代理
动态方法：根据算法及各RS的当前负载状态进行调度；sh
LC：least connection 最少连接数；
overhead=active(活跃的链接数量)*256+inactive(不活跃的连接数)
WLC：weighted least connection 加权最少连接；
overhead=（active(活跃的)*256+inactive(不活跃的)）/weight 服务器权重
SED：最短期望延迟 shortest expection delay
overhead=（active+1）*256/weight
NQ：never queue
SED算法改进
LBLC：locality-based lc，动态DH算法，实现正向代理时；
LBLCR：带复制的的LBLC
权重大的响应请求，分配延迟
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静态
局部性：空间 + 时间
制作缓存时，基于内存的缓存方式
动态内容：时间 + 特定
制作缓存时，根据用户时长判断；
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6，Lvs的集群服务：TCP、UDP、ah、esp
（1）一个ipvs主机可以同时定义多个clusterserver；
根据tcp，udp
（2）一个cluster server上至少有一个real server；
定义时：指明lvs-type 以及lvs scheduler（程序机）；
7，ipvsadm的用法：
A,管理集群服务；
ipvsadm-A|E -t|u|f service-address [-s scheduler]
增加和修改
ipvsadm-D -t|u|f service-address
删除
ipvsadm-C删除
ipvsadm -L | l [options]
service-address：
tcp:-t ip:port
udp:-u ip:port
fwm:-f mark 数字防火墙标记；
-sscheculer:默认为wlc 非活动链接数量
B,管理集群服务中的RS；
ipvsadm -a|e -t|u|f service-address -rserver-address [-g|i|m] [-wweight]
ipvsadm -d -t|u|f service-address -r server-address
server-address；
ip [:port] 支持端口映射；大多数端口可省略；
Lvs-type：
-g:gateway,dr
-i:ipip， tun
-m:masquerade,nat nat模型
C, 清空和查看：
ipvsadm -C
ipvsadm -L | l[options]
-n:numberic 基于数字格式显示地址和端口；
-c:connection 显示ipvs连接数；
--stats:统计数据；pkts：总包数
--rate：速率； pps 每秒的包个数
--exact：精确值；
--sort：排序；
D, 保存和重载：
ipvsadm -R重载
ipvsadm -S [-n] 保存
E,置零计数器：
ipvsadm -Z[-t|u|f service-address]
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二，实操部分
Lvs-nat
1，DIP 设置：director准备两个网口，一个是网桥，一个是虚拟网卡2；
# cd /etc/sysconfig/network-scripts/
# vimifcfg-eno16777736
#ifconfig -a
查看eno16777736地址
设置另外一个端口vmnet2：
# cpifcfg-eno16777736 ifcfg-eno33554984
# vim ifcfg-eno33554984删除UUID更改NAME、DEVICE参数；
2，接下来我们配置另外两台web机器：
分别配置两台web服务器的IP地址，和web服务；
然后在director上面测试两个页面；并关闭iptables防护墙；
#curl http://192.168.20.7
#curl http://192.168.20.8
#iptables -F
在director上转发功能打开
# cat /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
# vim /etc/sysctl.conf编辑添加"net.ipv4.ip_forword = 1"
3，现在在director上面设置规则：
# ipvsadm -A -t 172.16.100.117:80 -s rr
# ipvsadm -a -t 172.16.100.117:80 -r192.168.20.7 -m
# ipvsadm -a -t 172.16.100.117:80 -r192.168.20.8 -m
4，保存配置永久有效：
]# ipvsadm -S > /etc/sysconfig/ipvsadm
5，如果不小心删除规则，可以及时修复；
6，重读配置文件，并修复；
# ipvsadm -R < /etc/sysconfig/ipvsadm
7，开始验证Lvs-nat 效果：
http://172.16.100.117来查看；
8，使用"-E"选项修改调度器：
#ipvsadm -E -t 172.16.100.117:80 -s sh
9，基于web修改RS端口映射；
# ipvsadm -e -t172.16.100.117:80 -r 192.168.20.7:8080 -m
# ipvsadm -e -t172.16.100.117:80 -r 192.168.20.8:8080 -m
或者修改 #vim/etc/sysconfig/ipvsadm 里的参数；然后重读信息。
wKioL1Yfm3XyKQg_AAEPFaaq0qQ904.jpg
这样web服务又恢复了正常；
10，删除一个real server；
#ipvsadm -d -t 172.16.100.117:80 -r192.168.20.7:8080
删除集群服务：
#ipvsadm -D -t 172.16.100.117:80
修复ipvsadm
#ipvsadm -R < /etc/sysconfig/ipvsadm
11，Lvs-dr 内核参数配置arp_ignore对请求是否响应/ arp_announce 接不接受请求通告
arp_announce(通告)-INTEGER请求
0 默认，不保留通告
1 尽量不通告
2只能、总是避免通告
arp_announce = 1 尽量避免，
arp_announce = 2 只能、总是避免，
arp_ignore -INTEGER 响应
0 -默认 通告全场
1 -仅通告报文请求的入口，
Lvs-dr实操图：
A，修改DIP
配置director主机地址和回环地址：
# ifconfigeno16777736:0 172.16.100.118/32 broadcast 172.16.100.118 up
# route add -host 172.16.100.118 deveno16777736:0限定接口-->目标地址响应
B，配置real server *参数配置--->配置VIP
配置两台real server内核参数；
# echo 1 >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
# echo 1 >/proc/sys/net/ipv4/conf/eth0/arp_ignore
# echo 2 >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
# echo 2 >/proc/sys/net/ipv4/conf/eth0/arp_announce
# ifconfig lo:0 172.16.100.118/32broadcast 172.16.100.118 up添加回环Vip地址
# route add -host 172.16.100.118 devlo:0端口限定
C，请求RIP地址验证；curl 命令；
D，director上添加集群服务；
#ipvsadm -C 删除之前的配置
# ipvsadm -A -t172.16.100.118:80 -s rr
# ipvsadm -a-t 172.16.100.118:80 -r 172.16.100.21 -g
# ipvsadm -a-t 172.16.100.118:80 -r 172.16.100.22 -g
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