本文主要向大家介绍了Linux运维知识之lvs工作模式和工作原理，通过具体的内容向大家展现，希望对大家学习Linux运维知识有所帮助。

一、lVS基本介绍

LVS是Linux Virtual Server的简称，也就是Linux虚拟服务器。也是国人章文嵩博士发起的一个开源项目，现在LVS已经是Linux内核标准的一部分。利用LVS技术可以实现高性能，高可压缩的网络服务，例如www服务，FTP服务，MAIL服务等。

二、LVS的体系架构

使用LVS架设的服务器集群系统有三个部分组成：最前端的负载均衡层（Loader Balancer），中间的服务器群组层，用Server Array 表示，最底层的数据共享存储层，用Shared Storage表示。在用户看来所有的应用都是透明的，用户只是在使用一个虚拟服务器提供的高性能服务。

1、LVS的体系架构如图

2、LVS的各个层次的详细介绍

Load Balancer层：位于整个集群系统的最前端，有一台或者多台负载调度器（Director Server）组成，LVS模块就安装在Director Server 上，而Director 的主要作用类似于一个路由器，它含有完成LVS功能所设定的路由表，通过这些路由表把用户的请求分发给Server Array层的应用服务器上。同时，在Director Server上还要安装对Real Server服务的监控模块Ldirectord，此模块用于监测各个Real Server服务的健康状况。在Real Server不可用时把它从LVS路由表中剔除，恢复时加入。

Server Array层：由一组实际运行应用服务的机器组成，Real Server可以是WEB服务器、MAIL服务器、FTP服务器、DNS服务器、时评服务器中的一个或多个，每个Real Server之间通过高速的LAN或分布在各地的wan相连接。在实际的应用中，Director Server也可以同时兼任Real Server的角色。

Shared Storage层：是为所有Real Server提供共享存储空间和内容一致性的存储区域，在物理上，一般有磁盘阵列设备组成，为了提供内容的一致性，一般可以通过NFS网络文件系统共享数据，但是NFS在繁忙的业务系统中，性能并不是很好，此时可以采用集群文件系统。

从整个LVS结构可以看出，Director Server是整个LVS的核心，对于Real Server，可以是所有的系统平台，Linux、windows、Solaris、AIX、BSD系列都能很好的支持。

三、LVS集群

1、十种调度算法

（1）静态

rr  轮循调度 （Round-Robin Scheduling）

wrr 加权轮循调度 （Weighted Round-Robin Scheduling）

sh  源地址散列调度 （Source Hashing Scheduling）

dh  目的地址散列调度 （Destination Hashing Scheduling）

（2）动态

lc   最小连接调度  （Least-Connection Scheduling）

wlc  加权最小连接调度  （Weighted Least-Connection Scheduling）

sed  最短预期延时调度  （Shortest Expected Delay Scheduling）

nq   不排队调度  （Never Queue Scheduling）

lblc 基于局部性的最少连接调度  （Locality-Based Least Connections Scheduling）

lblcr 带复制的基于局部性的最少连接调度  （Locality-Based Least Connections with Replication Scheduling）

2、三种IP负载均衡技术

（1）IPVS/NAT

网络结构图：

负载均衡内核空间原理图

IPVS/NAT模式的基本原理

首先CIP发送请求package给VIP，VIP收到package后，会根据LVS设置的LB算法选择一个合适的RS？然后把package的目标IP修改为RIP，RIP收到这个package后判断目标ip为自己，就处理这个package，处理完后把这个包发送给LVS VIP，LVS 收到这个package 后把sorce ip改成VIP的IP，dst ip改成 CIP,然后发给CIP。其中的转换我们可以这样理解：所有发送到VIP的数据包全部转换为RIP的地址以及对应端口。IPVS/NAT模式优缺点

优点：

容易配置，容易理解，容易管理的工作模式

节省外网IP资源，LVS-NAT工作方式将系统架构封装在局域网中，只需要LVS有一个外网地址或外网地址映射就可实现访问

系统架构相对封闭，内网环境下防火墙的设置要求不会太高，容易进行物理服务器的运维

LVS/NAT工作模式下的RS服务器可以是任何操作系统，只要支持TCP/IP协议即可

缺点：

LVS-NAT中，负载均衡调度器作为转发点，当RS服务器数量变多时，调度器将会负载，转发点也是瓶颈点

（2）IPVS/DR

网络结构图

IPVS/DR模式的基本原理

LVS节点接收到请求报文后，会改写报文的数据链路层格式。将VIP MAC写成RIP的Mac，但是网络层和传输层报文不会改写，然后重新回发给交换机。这里就涉及一个问题，现在RIP和 IP的对应关系的错误的，这个数据报文到了交换机后，由于这种错位的关系，是不能进行三层交换的，只能进行二层交换（一旦进行IP交换，数据报文的验证就会出错，被丢弃）。所以LVS-DR方式要求Real Server和LVS节点必须在同一个局域网内，或者这样说更确切：LVS节点需要找到一个二层链路，将改写了Mac地址的报文发送给Real Server，而不能进行三层交换的校验。

简单来说就是CIP发送一个PV请求给VIP，VIP收到这个请求后会跟LVS设置的LB算法选择一个LB比较合理的realserver，然后将此请求的package的MAC地址修改为realserver的MAC地址；VIP会把这个包广播到当前这个LAN里面，所以，要提前保证VIP和所有的realserver在同一个网段

IPVS/DR 模式的优缺点

优点

解决了LVS-NAT工作模式中的转发瓶颈问题，能够支撑规模更大的负载均衡场

比较耗费网外IP资源，机房的外网IP资源都是有限的，如果在正式生产环境中确实存在这个问题，可以采用LVS-NAT和LVS-DR混合使用的方式来缓解

缺点

配置工作较LVS-NAT方式稍微麻烦一点，您至少需要了解LVS-DR模式的基本工作方式才能更好的指导自己进行LVS-DR模式的配置和运行过程中问题的解决

由于LVS-DR模式的报文改写规则，导致LVS节点和Real Server节点必须在一个网段，因为二层交换是没法跨子网的。但是这个问题针对大多数系统架构方案来说，实际上并没有本质限制

（3）IPVS/TUN

首先这里需要理解以下关于IP隧道的概念

将一个完整的IP报文封装成另一个新的IP报文的数据部分，并通过路由器传送到指定的地点。在这个过程中路由器并不在意被封装的原始协议的内容。到达目的地点后，由目的地方依靠自己的计算能力和对IP隧道协议的支持，打开封装协议，取得原始协议。如图：

其实数据转发原理和DR是一样的，不过这个我个人认为主要是位于不同位置（不同机房）；LB是通过隧道进行了信息传输，虽然增加了负载，可是因为地理位置不同的优势，还是可以参考的一种方案；

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

这种方式需要所有的服务器支持”IP Tunneling”(IP Encapsulation)协议；

本文由职坐标整理并发布，希望对同学们有所帮助。了解更多详情请关注系统运维Linux频道！