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1、Linux Virtual Server 的基本原理和配置方 法Linux Virtual Server 简称为 LVS支持IPVS的集群负载均衡器和集群节 点一起称为Linux Virtual Server 集群集群LVSLVSLVSLVS简介简介集群定义集群定义集群是一种并行或分布式系统，该系统：包括一个互连的整体计算机集合作为一种单一、统一的计算资源使用计算机集群简称集群，是一种计算机系统， 它通过一组松散集成的计算 机软件和/或硬件连接起来高度紧密地协作完成计算工作。计算机集群简称集群，是指一组相互独立的计算机，利用高速通信网络 组成一个计算机系统，每个集群节点（即集群中的每台计算机）
2、都是运 行其自己进程的一个独立服务器。这些进程可以彼此通信，对网络客户 机来说就像形成了一个单一系统，协同起来向用户提供应用程序、系统 资源和数据，并以单一系统的模式加以管理。一个客户与集群相互作用 时，集群像是一个独立的服务器。集群分类集群分类集群计算机按功能和结构可以分成以下几类: 高可用性高可用性集群集群 High-availability (HA) clusters High-availability (HA) clusters High-availability (HA) clusters High-availability (HA) clusters 负载均衡负载均衡集群集群 Lo
3、ad balancing clusters Load balancing clusters Load balancing clusters Load balancing clusters 高性能计算高性能计算集群集群 High-performance (HPC) clusters High-performance (HPC) clusters High-performance (HPC) clusters High-performance (HPC) clusters 网格网格计算计算 Grid computingGrid computingGrid computingGrid computi
4、ng 集群分类集群分类负载均衡集群负载均衡集群 负载均衡集群运行时，一般通过一个或者多个前端负载均衡器将工作 负载分发到后端的一组服务器上，从而达到整个系统的高性能和高可用 性。这样的计算机集群有时也被称为服务器群（Server Farm）。 一般 高可用性集群和负载均衡集群会使用类似的技术，或同时具有高可用性 与负载均衡的特点。 Linux虚拟服务器（LVS）项目在Linux操作系统上提供了最常用的负载 均衡软件。高可用性集群高可用性集群 一般是指当集群中有某个节点失效的情况下，其上的任务会自动转移 到其他正常的节点上。还指可以将集群中的某节点进行离线维护再上 线，该过程并不影响整个集群的运
5、行。 负载均衡负载均衡负载均衡：负载均衡（Load Balance）建立在现有网络结构之上，它提 供了一种廉价、有效、透明的方法，来扩展网络设备和服务器的 带宽、增加吞吐量、加强网络数据处理能力、提高网络的灵活性 和可用性。负载均衡有两方面的含义：首先，大量的并发访问或数据流量分担到多台节点设备上分别 处理，减少用户等待响应的时间；其次，单个重负载的运算分担到多台节点设备上做并行处理， 每个节点设备处理结束后，将结果汇总，返回给用户，系统处理 能力得到大幅度提高。 小结小结在集群中，所有计算机（称为节点）提供相同 的服务。集群负载平衡器截获所有对服务的入 站请求。然后负载平衡器将这些请求尽可能
6、地 平均地在所有集群节点之间进行分布。高可用 性集群能够将负载平衡资源从一台计算机故障 转移到另一台小结小结负载平衡负载平衡小结小结高可用性高可用服务失效服务失效检测到Server4服务失 效了，把它从能接受服 务请求的服务器列表中 去掉，入站请求不再分 发给Server4检测到Server4服务恢 复了，把它重新放入能 接受服务请求的服务器 列表中，入站请求可以 分发给Server4服务恢复服务恢复IPVSIPVSIPVSIPVSIPVS(ip virtual server)：它是由毕业于国防科技大学的章文嵩博 士主持的一个开源的集群负载均衡软件，创立 于1998年5月，可以实现Linux平
7、台下的简单 负载均衡负载均衡。IPVSIPVSIPVSIPVSIPVSIPVSIPVSIPVSipvsadmipvsadmipvsadmipvsadmIPVS发展史：早在2.2内核时，IPVS就已经以内核补丁的形式出 现从2.4.23版本开始，IPVS软件就是合并到Linux内 核的常用版本的内核补丁的集合从2.4.24以后IPVS已经成为Linux 官方标准内核的 一部分补充补充:我们使用该软件配置LVS时候，我们不能直接 配置ipvs,需要使用称为ipvsadm的ipvs管理工具。LVS集群负载平衡器接受服务的所有入站客户端计算机请 求，并决定哪个集群节点应该回复给请求。负载平衡器有时 被
8、称为LVS Director或者简称之为Director。LVS集群内部的节点称为真实服务器(Real Server)，也叫 做集群节点 。链接到集群请求集群服务的计算机称为客户端计算机。与计算机通常在网上交换数据包的方式相同，客户端计算 机、Director和真实服务器使用IP地址进行彼此通信。LVSLVSLVSLVS基本原理基本原理DirectorDirectorDirectorDirectorReal ServerReal ServerReal ServerReal ServerClientClientClientClient集群集群为了更加易于探讨此网络通信，LVS社区已经开发了一个命
9、名的约 定，以便基于每种类型的IP地址在网络对话中的角色来描述每种类 型的IP地址。虚拟IP地址（VIP）：Director用于向客户端计算机提供服务的IP 地址 真实IP地址（RIP）：在集群节点上使用IP地址Director的IP地址(DIP)：Director用于连接到D/RIP网络的IP地址客户端计算机的IP地址(CIP):分配给客户端计算机的IP地址,该地 址用作发送给集群的请求的源IP地址。D/RIP网络:由Director和Real Server组成的网络LVSLVSLVSLVS基本原理基本原理 命名约定命名约定Linux Virtual Server Linux Virtual
10、 Server Linux Virtual Server Linux Virtual ServerDirectorReal Server交换机/集线器DIPRIPVIP公司网络 交换机客户端 计算机 CIPInternetVIPLVS集群通常是由LVS Director用于中继入站请求到集群 内部节点的转发方法类型描述的。目前可用的三种方法是： 网络地址转换（LVS-NAT） 直接路由(LVS-DR) IP隧道（LVS-TUN）LVS集群的类型调度方法决定了如何在这些集群节点之间分 布工作负荷。当Director收到来自客户端计算机 访问它的VIP上的集群服务的入站请求时， Director必
11、须决定哪个集群节点应该获得请求。 Director可用于做出该决定的调度方法分成两 个基本类别： 固定调度方法：循环（RR）、待权重的循 环（WRR）、目的散列、源散列 动态调度算法：最小连接（LC）、带权重 的最小连接（WLC）、最短期望延迟 （SED）、无须队列等待（NQ）、基于位置 的最小连接（LBLC）、带复制调度的基于位 置最小连接(LBLCR)LVSLVSLVSLVS的调度方法的调度方法LVS-DR方式：直接路由在LVS-DR配置中，Director将所有入站 请求转发给集群内部节点，但集群内部 的节点直接将它们的回复发送给客户端 计算机（没有通过Director回来）。如图 所示
12、：LVS-DRLVS-DRLVS-DRLVS-DR集群集群来自客户端计算机或CIP的请求被发送到 Director的VIP。然后Director使用相同的 VIP目的IP地址将请求发送到集群节点或 真实服务器。然后，集群节点将回复数 据包直接发送到客户端计算机，并且此 回复数据包使用VIP作为源IP地址。因 此，客户计算机被欺骗，认为它正在与 一台计算机对话，而实际上这时它正在 发送请求数据包给一台计算机，并从另 一台计算机接受回复数据包。LVS-DRLVS-DRLVS-DRLVS-DR集群集群 工作工作客户端如何访问客户端如何访问LVS/DRLVS/DRLVS/DRLVS/DR集群服务集群服
13、务Client DirectorDirectorDirectorDirectorReal ServerReal ServerReal ServerReal ServerSwitchDIP(VIP)DIP(VIP)DIP(VIP)DIP(VIP)RIPRIPRIPRIPVIPVIPVIPVIP源地址CIP目的地地址VIP目的地MACD_MAC内容： Show me web page LVS/DR集群源地址CIP目的地地址VIP目的地MACR_MAC内容： Show me web page 源地址VIP目的地地址CIP内容： Here is web page 1、LVS调度器收到目标地址为VIP的
14、 请求包后，将MAC地址改成RS的MAC 地址，并通过交换机(链路层)发给RS 2、RS的链路层收到请求后，往上传 给IP层。IP层需要验证请求的目标IP地 址。所以RS需要配置一个VIP的 loopback device。这样RS的IP层收到 报文后，会往上递交给传输层。之所 以配置成loopback device，是因为 loopback device对外不可见，不会跟 LVS的VIP冲突。 3、RS处理完成后，将应答包直接返 回给客户端。若是公网服务器，则RS 需要连上互联网（公网IP或者网关） 才能将应答包返回。LVS/DRLVS/DRLVS/DRLVS/DR的基本原理的基本原理集群节
15、点必须和Director在相同的物理网段相同的物理网段上Director截获截获客户端和真实服务器之间的入站（而入站（而 不是出站）通信不是出站）通信集群节点（通常）没有使用Director作为默认网 关，以便将数据包直接回复直接回复给客户端计算机。大多数操作系统可以用在集群内部的真实服务器 上，只要该操作系统能够实现ARP隐藏LVS/DR Director （100）可以比LVS-NAT Director（10-20）处理更多的真实服务器LVS/DRLVS/DRLVS/DRLVS/DR的基本属性的基本属性ARPARPARPARP广播和隐藏问题广播和隐藏问题Client DirectorDir
16、ectorDirectorDirectorReal ServerReal ServerReal ServerReal ServerSwitchDIP(VIP)DIP(VIP)DIP(VIP)DIP(VIP)RIPRIPRIPRIPVIPVIPVIPVIP谁拥有VIP?谁拥有VIP?谁拥有谁拥有VIPVIPVIPVIP? ? ? ?LVS/DR集群图示为图示为 到到LVS-DRLVS-DRLVS-DRLVS-DR集群的集群的ARPARPARPARP广播广播ARPARPARPARP广播和隐藏问题广播和隐藏问题Client DirectorDirectorDirectorDirectorReal ServerReal Serv
