LVS+Nginx负载均衡

1.学习目标

• 掌握什么是负载均衡及负载均衡的作用和意义。
• 了解lvs负载均衡的三种模式。
• 了解lvs-DR负载均衡部署方法。
• 掌握nginx实现负载均衡的方法。
• 掌握lvs+nginx负载均衡拓扑结构。

2.负载均衡的相关技术

• 基于DNS的负载均衡
  • 优点：实现简单、实施容易、成本低、适用于大多数TCP/IP应用
  • 缺点： 负载分配不均匀，DNS服务器将Http请求平均地分配到后台的Web服务器上，而不考虑每个Web服务器当前的负载情况；如果后台的Web服务器的配置和处理能力不同，最慢的Web服务器将成为系统的瓶颈，处理能力强的服务器不能充分发挥作用；可靠性低，如果后台的某台Web服务器出现故障，DNS服务器仍然会把DNS请求分配到这台故障服务器上，导致不能响应客户端；变更生效时间长，如果更改NDS有可能造成相当一部分客户不能享受Web服务，并且由于DNS缓存的原因，所造成的后果要持续相当长一段时间(一般DNS的刷新周期约为24-72小时)。
• 基于四层交换技术的负载均衡
  • 优点：性能高、支持各种网络协议
  • 缺点：对网络依赖较大，负载智能化方面没有7层负载好（比如不支持对url个性化负载），F5硬件性能虽高但成本也高，对于一般小公司就只能望而却步了。
• 基于七层交换技术的负载均衡
  • 优点：对网络依赖少，负载智能方案多（比如可根据不同的url进行负载）
  • 缺点：网络协议有限，nginx和apache支持http负载，性能没有4层负载高

3.什么LVS？
&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbspLVS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。

4.lvs实现负载的三种方式
&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbspLVS中的调度方法有三种 ：NAT（Network Address Translation网络地址转换）、TUN（tunnel 隧道）、DR（direct route 直接路由）

• LVS-DR 模式
  * 请求由LVS接受，由提供服务的服务器(后端服务器，例如PHP，Tomcat等)直接返回给用户，返回的时候不经过LVS。
  * DR模式下需要LVS服务器和后端服务器绑定同一个VIP， 一个请求过来时，LVS只需要将网络帧的MAC地址修改为某一台后端服务器的MAC地址，该包就会被转发到相应的后端服务器处理，注意此时的源IP和目标IP都没变，后端服务器收到LVS转发来的包，发现MAC是自己的，发现IP也是自己的，于是这个包被合法地接受，而当后端服务器返回响应时，只要直接向源IP(即用户的IP)返回即可，不再经过LVS。
  * DR模式下，lvs接收请求输入，将请求转发给后端，由后端输出响应给用户，性能非常高。
  * 都有一块网卡连在同一物理网段上，且真实服务器网络设备或设备别名不作 ARP 响应。
• LVS-NAT模式
  * NAT(Network Address Translation)是一种外网和内网地址映射的技术。NAT模式下，LVS需要作为后端服务器的网关，当网络包到达LVS时，LVS做目标地址转换(DNAT)，将目标IP改为后端服务器的IP。后端服务器接收到包以后，处理完，返回响应时，源IP是后端服务器IP，目标IP是客户端的IP，这时后端服务器的包通过网关(LVS)中转，LVS会做源地址转换(SNAT)，将包的源地址改为VIP，对于客户端只知道是LVS直接返回给它的。
  * NAT模式请求和响应都需要经过lvs，性能没有DR模式好。
• LVS-TUN模式
  * TUN模式是通过ip隧道技术减轻lvs调度服务器的压力，许多Internet服务（例如WEB服务器）的请求包很短小，而应答包通常很大，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。相比NAT性能要高的多，比DR模式的优点是不限制负载均衡器与RS在一个物理段上。但是它的不足需要所有的服务器（lvs、后端）支持"IP Tunneling"(IP Encapsulation)协议。

5.IPVS调度器实现了如下八种负载调度算法：

• 轮叫（Round Robin）
  * 调度器通过"轮叫"调度算法将外部请求按顺序轮流分配到集群中的真实服务器上，它均等地对待每一台服务器，而不管服务器上实际的连接数和系统负载。

• 加权轮叫（Weighted Round Robin）
  * 调度器通过"加权轮叫"调度算法根据真实服务器的不同处理能力来调度访问请求。这样可以保证处理能力强的服务器处理更多的访问流量。调度器可以自动问询真实服务器的负载情况，并动态地调整其权值。

• 最少链接（Least Connections）
  * 调度器通过"最少连接"调度算法动态地将网络请求调度到已建立的链接数最少的服务器上。如果集群系统的真实服务器具有相近的系统性能，采用"最小连接"调度算法可以较好地均衡负载。

• 加权最少链接（Weighted Least Connections）
  * 在集群系统中的服务器性能差异较大的情况下，调度器采用"加权最少链接"调度算法优化负载均衡性能，具有较高权值的服务器将承受较大比例的活动连接负载。调度器可以自动问询真实服务器的负载情况，并动态地调整其权值。

• 基于局部性的最少链接（Locality-Based Least Connections）
  * "基于局部性的最少链接" 调度算法是针对目标IP地址的负载均衡，目前主要用于Cache集群系统。该算法根据请求的目标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。

• 带复制的基于局部性最少链接（Locality-Based Least Connections with Replication）
  * "带复制的基于局部性最少链接"调度算法也是针对目标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，而LBLC算法维护从一个目标IP地址到一台服务器的映射。该算法根据请求的目标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"原则从这个集群中选出一 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。

• 目标地址散列（Destination Hashing）
  * "目标地址散列"调度算法根据请求的目标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。

• 源地址散列（Source Hashing）
  * "源地址散列"调度算法根据请求的源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。

具体测试请参考该连接：https://blog.51cto.com/3241766/2094750