LVS详细介绍以及遇到的坑

一，概述

本文介绍了我搭建LVS集群的步骤，并且在使用LVS(Linux Virtual Server)过程中遇到的问题和坑，

二，LVS简单介绍

大家都知道，LVS中文意思就是linux虚拟服务器，是一个虚拟的服务器集群系统，可以在Unix/Linux平台下实现负载均衡集群功能，该项目是章文嵩博士组织成立，是中国国内最早出现的自由软件项目之一。

LVS项目的特点：有实现三种IP负载均衡技术和八种连接调度算法的IPVS软件。在IPVS内部实现上，采用了高效的Hash函数和垃圾回收机制，能正确处理所调度报文相关的ICMP消息（有些商品化的系统反而不能）。虚拟服务的设置数目没有限制，每个虚拟服务有自己的服务器集。它支持持久的虚拟服务（如HTTP Cookie和HTTPS等需要该功能的支持），并提供详尽的统计数据，如连接的处理速率和报文的流量等。针对大规模拒绝服务（Deny of Service）攻击，实现了三种防卫策略。有基于内容请求分发的应用层交换软件KTCPVS，它也是在Linux内核中实现。有相关的集群管理软件对资源进行监测，能及时将故障屏蔽，实现系统的高可用性。主、从调度器能周期性地进行状态同步，从而实现更高的可用性。

LVS项目的目标：使用集群技术和Linux操作系统实现一个高性能、高可用的服务器，它具有很好的可伸缩性(Scalability)、可靠性（Reliability）和可管理性（Manageability）。

在LVS框架中，提供了含有三种IP负载均衡技术的IP虚拟服务器软件IPVS，基于内容请求分发的内核Layer-7交换机KTCPVS和集群管理软件这些功能组件，如下截图（网络截图）

我们这次只是讲解第一种技术：IP虚拟服务器软件IPVS。

三，IP虚拟服务器软件IPVS

再调度的实现技术中，IP负载均衡技术是效率最高的。在已有的IP负载均衡技术中有通过网络地址转换（Network Address Translation）将一组服务器构成一个高性能的、高可用的虚拟服务器，我们称之为VS/NAT技术（Virtual Server via Network Address Translation）,大多数的商品化的负载均衡调度器产品都是使用此方法，如：cisco的LoadDirector、F5的Big/IP和Alteon的ACEDirector。在分析VS/NAT的缺点和网络服务的非对称性的基础上，我们提供通过IP隧道实现虚拟服务器的方法VS/TUN（Virtual Server via IP Tunneling），和通过直接路由实现虚拟服务器的方法VS/DR(Virtual Server via Routing )。总之IPVS软件实现了这三种IP负载均衡技术，他们大致原理如下：

1,Virtual Server via Network Address Translation (VS/NAT)

通过网络地址转换，调度器重写请求报文的目标地址，根据预设的调度算法，将请求分派给后端的真实服务器；真实服务器的响应报文通过调度器时，报文的源地址被重写，再返回给客户，完成整个负载调度过程。

2，Virtual Server via IP Tunneling (VS/TUN)

采用NAT技术时，由于请求和和响应报文都必须经过调度器地址重写，当客户请求越来越多时，调度器的处理能力将成为瓶颈。为了解决这个问题，调度器把请求报文通过IP隧道转发至真实服务器，而真实服务器将响应直接返回给客户，所以调度器只处理请求报文。由于一般网络服务应答比请求报文大许多，采用VS/TUN技术后，集群系统的最大吞吐量可以提高10倍。

3，Virtual Server via Direct Routing(VS/DR)

VS/DR通过改写请求报文的MAC地址，将请求发送到真实服务器，而真实服务器将响应直接返回给客户。同VS/TUN技术一样，VS/DR技术可以极大地提高集群系统的伸缩性。这种方法没有IP隧道的开销，对集群中的真实服务器也没有必须支持IP隧道协议的要求，但是要求调度器与真实服务器都有一块网卡连在同一物理网段上。

针对不同的网络服务需求和服务器配置，IPVS调度器实现了如下八种负载调度方法：

1，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。

2，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，并动态调整其权值。

3，最少链接（Least Connections）

调度器通过“最少链接”调度算法动态地将网络请求调度到已建立的连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“最小链接”调度算法可以较好地均衡负载。

4，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。

5，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。

6，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。

7，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。

8、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。

四，LVS与KEEPALIVE的关系

1，lvs可以处理负载均衡，但当其中一台RealServer发生故障的时候，并不能实时检测并剔除掉发生故障的RealServer，也不能当RealServer恢复正常后自动添加到lvs集群中。

2，keepalived用于容灾，当集群中的节点发生故障的时候，会自动转移业务到可用的节点，但不不能将请求分配到集群中空闲的节点。

3，lvs可以和有容灾功能的模块结合，组成高可用系统。例如：lvs + heartbeat, lvs + keepalived等。keepalived可以和有负载均衡功能的模块结合，组成高可用系统。例如keepalived + lvs, keepalived + haproxy等。

4，lvs单独运行，有负载均衡的作用。keepalived单独运行，有容灾的作用。这两个模块，都可以单独运行或者同其他模块结合，组成高可用系统。

5，查看系统的lvs模块：lsmod|grep ip_vs

五，LVS集群搭建步骤

环境和软件介绍：

软件：

ipvsadm-1.26-4.el6.x86_64.rpm

keepalived-1.2.13-5.el6_6.x86_64.rpm

主从地址分配环境：

192.168.10.100 #VIP

192.168.10.11 #主DR

192.168.10.12 #从DR

192.168.10.201 #RS1

192.168.10.202 #RS2

注解：2台DR服务器安装了ipvsadm 和keepalive ，并且192.168.10.11是主；RS是两台mysql 并且配置了主主的服务器端口3306。

修改内核参数抑制ARP响应

/etc/sysctl.conf

net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1

net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2

net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1

net.ipv4.conf.lo.arp_announce = 2

　　主要参数开启路由转发：net.ipv4.ip_forward=1

第一步骤安装lVS

在2台DR服务器执行如下安装命令：rpm -ivh ipvsadm-1.26-4.el6.x86_64.rpm

检查是否安装成功： rpm -qa |grep ipvsadm

配置启动文件，在目录/etc/init.d/中添加文件lvs：

#!/bin/bash

#

# lvsdrrs init script to hide loopback interfaces on LVS-DR

# Real servers. Modify this script to suit

# your needs. You at least need to set the correct VIP address(es).

#

# Script to start LVS DR real server.

#

# chkconfig: 2345 20 80

# description: LVS DR real server

#

# You must set the VIP address to use here:

VIP=192.168.10.100

case "$1" in

start)

       # Start LVS-DR real server on this machine.

        echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore

        echo "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce

        echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore

        echo "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce

 /sbin/ifconfig lo:0 $VIP broadcast $VIP netmask 255.255.255.255 up

;;

stop)

        # Stop LVS-DR real server loopback device(s).

        /sbin/ifconfig lo:0 down

;;

status)

        # Status of LVS-DR real server.

        islothere=`/sbin/ifconfig lo:0 | grep $VIP`

        isrothere=`netstat -rn | grep "lo" | grep $VIP`

        if [ ! "$islothere" -o ! "$isrothere" ];then

            # Either the route or the lo:0 device

            # not found.

            echo "LVS-DR real server Stopped."

        else

            echo "LVS-DR Running."

        fi

;;

*)

        # Invalid entry.

        echo "$0: Usage: $0 {start|status|stop}"

        exit 1

;;

esac

执行命令：service lvs start

查看是否配置成功：ifconfig

在lo:0中查看到确实有配置的VIP，说明配置成功：

第三步骤安装KEEPALIVED

在2台DR服务器分别安装keepalived软件，并且配置主从

安装命名如下：rpm -ivh keepalived-1.2.13-5.el6_6.x86_64.rpm

修改配置文件，目录文件：/etc/keepalived/keepalived.conf

global_defs {

   router_id rhel1009171 // hostname

}

vrrp_instance VI_1 {

    state MASTER

    interface eth0

    virtual_router_id 51

    priority 100

    advert_int 1

    authentication {

        auth_type PASS

        auth_pass guoshou

    }

    virtual_ipaddress {

      192.168.10.100

    }

}

virtual_server 192.168.10.100 3306 {

    delay_loop 6

    lb_algo rr

    lb_kind DR

    nat_mask 255.255.255.0

    persistence_timeout 0

    protocol TCP

    real_server 192.168.10.201 3306 {

        weight 1

         TCP_CHECK {

            connect_port 3306

            connect_timeout 3

            nb_get_retry 3

            delay_before_retry 3

         }

    }

    real_server 192.168.10.202 3306 {

        weight 1

         TCP_CHECK {

            connect_port 3306

            connect_timeout 3

            nb_get_retry 3

            delay_before_retry 3

        }

    }

}

　　在配置state MASTER 指定主从配置MASTER代表主，BACKUP代表从：

第三步命令验证

ipvsadm参数说明：(更多参照 man ipvsadm)

六、在搭建和使用过程遇到的坑

使用arp命令检查，如果没有物理网卡，说明网络层有问题。