目录
lvs简介
LVS作用
LVS 的优势与不足
LVS概念与相关术语
LVS的3种工作模式
LVS调度算法
LVS-dr模式
LVS-tun模式
ipvsadm工具使用
lvs简介
LVS 是Linux Virtual Server的简称，也就是 Linux 虚拟服务器,是一个极好的负载均衡解决方案，它将一个真实服务器集群虚拟成一台服务器来对外提供服务，同时在真实服务器集群中实现了负载均衡。该技术由章文嵩博客发起，从linux2.4开始已经被收录到linux核心中。
是一个由章文嵩博士发起的自由软件项目，它的官方站点是www.linuxvirtualserver.org。现在LVS已经是 Linux标准内核的一部分，因此性能较高。
LVS作用
通过LVS提供的负载均衡技术和Linux操作系统实现一个高性能、高可用的服务器群集，它具有良好可靠性、可扩展性和可操作性。从而以低廉的成本实现最优的服务性能。
随着互联网在人们生活中的普及，企业级应用迎来了海量数据的冲击，如微信、美团外卖、微信支付等应用每天的使用人数都在千万以上，仅靠单台机器提供服务已经行不通了。
我们可以使用多台服务器分摊这些压力，当一定数量的服务器作为一个整体对外提供服务，并且分摊压力时，我们可以称这些服务器为“负载均衡集群”。LVS就是一个优秀的负载均衡集群方案，它理论上能够无限水平扩展，使得服务能够应对海量数据的冲击。
LVS 的优势与不足
优势
高并发连接：LVS基于内核网络层面工作，有超强的承载能力和并发处理能力。单台LVS负载均衡器，可支持上万并发连接。
稳定性强：是工作在网络4层之上仅作分发之用，这个特点也决定了它在负载均衡软件里的性能最强，稳定性最好，对内存和cpu资源消耗极低。
成本低廉：硬件负载均衡器少则十几万，多则几十万上百万，LVS只需一台服务器和就能免费部署使用，性价比极高。
配置简单：LVS配置非常简单，仅需几行命令即可完成配置，也可写成脚本进行管理。
支持多种算法：支持多种论调算法，可根据业务场景灵活调配进行使用
支持多种工作模型：可根据业务场景，使用不同的工作模式来解决生产环境请求处理问题。
应用范围广：因为LVS工作在4层，所以它几乎可以对所有应用做负载均衡，包括http、数据库、DNS、ftp服务等等。
不足
软件本身不支持正则表达式处理，不能做动静分离；而现在许多网站在这方面都有较强的需求，这个是Nginx/HAProxy+Keepalived的优势所在。
如果是网站应用比较庞大的话，LVS/DR+Keepalived实施起来就比较复杂。
LVS概念与相关术语
LVS中的一些术语：
VS：Virtual Server 虚拟服务器，通常是分发器
RS：Real Server 实际提供服务器的真实服务器
CIP：Client IP 客户的客户端IP
VIP：Virtual Server IP 虚拟服务器的IP
RIP：Real Server IP 真实服务器的IP
DIP：Director IP 分发器的IP
CIP <–> VIP == DIP <–> RIP 客户端访问VIP，DIP将请求转发到RIPLVS的原理如下图所示：
工作原理： VS根据请求报文的目标IP和目标协议及端口将其调度转发至某RS，根据调度算法来挑选RS。
分发服务器以VIP对外提供服务器，当接收到客户端服务请求时，便根据预定的分发策略（例如轮询）将请求分发到Real Server中，由Real Server做实际的业务处理。当Real Server处理完成后，根据不同的模式，会使用不同的方式返回请求结。
LVS的3种工作模式
根据服务返回方式和集群分布的不同，LVS有3中不同的工作模式，他们分别是：NAT（地址转换）模式、DR（直接路由）模式和TUN（隧道）模式。
LVS/NAT：网络地址转换模式，进站/出站的数据流量经过分发器(IP负载均衡，他修改的是IP地址) --利用三层功能
LVS/TUN： 隧道模式，只有进站的数据流量经过分发器
LVS/full-nat: 双向转换:通过请求报文的源地址为DIP，目标为RIP来实现转发：对于响应报文而言，修改源地址为VIP，目标地址为CIP来实现转发
LVS调度算法
ipvs scheduler：根据其调度时是否考虑各RS当前的负载状态
分为两种：静态方法和动态方法静态方法
仅根据算法本身进行调度（重点加粗）
1、RR：roundrobin，轮询（轮着来）,较常用
2、WRR：Weighted RR，加权轮询,较常用（根据性能情况按比例分配）
3、SH：Source Hashing，实现session sticky，源IP地址hash；将来自于同一个IP地址的请求始终发往第一次挑中的RS，从而实现会话绑定,避免调度到其他机器导致session丢失，需要重新登录，但是有小的问题，很多人用同一个公网ip，被调度到同一服务器。
4、DH：Destination Hashing；目标地址哈希，第一次轮询调度至RS，后续将发往同一个目标地址的请求始终转发至第一次挑中的RS，典型使用场景是正向代理缓存场景中的负载均衡,如: Web缓存动态方法
1、WRR:加权轮训调度，它将依据不同RS的权值分配任务。权值较高的RS将优先获得任务，并且分配到的连接数将比权值低的RS更多。相同权值的RS得到相同数目的连接数。
2、LC:最小连接数调度（least-connection）,IPVS表存储了所有活动的连接。LB会比较将连接请求发送到当前连接最少的RS.
3、LBLC:基于地址的最小连接数调度（locality-based least-connection）：将来自同一个目的地址的请求分配给同一台RS，此时这台服务器是尚未满负荷的。否则就将这个请求分配给连接数最小的RS，并以它作为下一次分配的首先考虑。
4、LBLC：LBLC with Replication，带复制功能的LBLC，解决LBLC负载不均衡问题，从负载重的复制 到负载轻的RS
LVC-nat模式
原理：就是把客户端发来的数据包的IP头的目的地址，在负载均衡器上换成其中一台RS的IP地址，并发至此RS来处理,RS处理完成后把数据交给经过负载均衡器,负载均衡器再把数据包的源IP地址改为自己的IP，将目的地址改为客户端IP地址即可｡期间,无论是进来的流量,还是出去的流量,都必须经过负载均衡器｡
优点：集群中的物理服务器可以使用任何支持TCP/IP操作系统，只有负载均衡器需要一个合法的IP地址。
缺点：扩展性有限。当服务器节点（普通PC服务器）增长过多时,负载均衡器将成为整个系统的瓶颈，因为所有的请求包和应答包的流向都经过负载均衡器。当服务器节点过多时，大量的数据包都交汇在负载均衡器那，速度就会变慢！
1.客户端发送访问请求，请求数据包中含有请求来源（cip），访问目标地址（VIP）访问目标端口 （9000port）
2.VS服务器接收到访问请求做DNAT把请求数据包中的目的地由VIP换成RS的RIP和相应端口
3.RS1相应请求，发送响应数据包，包中的相应保温为数据来源（RIP1）响应目标（CIP）相应端口 （9000port）
4.VS服务器接收到响应数据包，改变包中的数据来源（RIP1-->VIP）,响应目标端口（9000-->80）
5.VS服务器把修改过报文的响应数据包回传给客户端
6.lvs的NAT模式接收和返回客户端数据包时都要经过lvs的调度机，所以lvs的调度机容易阻塞
LVS-dr模式
原理
负载均衡器和RS都使用同一个IP对外服务｡但只有DR对ARP请求进行响应,所有RS对本身这个IP的ARP请求保持静默｡也就是说,网关会把对这个服务IP的请求全部定向给DR,而DR收到数据包后根据调度算法,找出对应的RS,把目的MAC地址改为RS的MAC（因为IP一致）并将请求分发给这台RS｡这时RS收到这个数据包,处理完成之后，由于IP一致，可以直接将数据返给客户，则等于直接从客户端收到这个数据包无异,处理后直接返回给客户端｡
互联网应用中存在一个规律：请求报文较短而响应报文往往包含大量的数据。如果能将请求和响应分开处理，即在负载调度器(Director)中只负责调度请求而响应直接由RealServer返回给客户，将极大地提高整个集群系统的吞吐量。
原理如下图
1.DR接受到请求后，通过分发策略得出要将此请求分发到Real Server2。DS就将数据帧中的目标MAC地址修改为Real Server2的MAC地址,然后再将数据帧发送出去。（为什么要用MAC地址？因为此时Real Server也有配置有VIP）
2.当Real Server2 收到一个源地址为CIP目标地址为VIP的数据包时,Real Server2发现目标地址为VIP,而VIP是自己,于是接受数据包并给予处理。
Real Server2处理完成后，会将一个源地址为VIP而目标地址为CIP的数据包发送出去，此时的响应请求就不会再经过DS，而是直接响应给用户了。
3.在这个过程中存在一个问题，由于RealServer也配置了VIP，那么当CIP——>VIP的数据包到达服务局域网，进行广播时，所有的服务器都会进行应答，此时先应答的服务器就会收到数据包，这样就失去了负载均衡的能力。因此在使用DR模式时，通常会采用一些方式来确保请求数据包只会由DS接收，例如抑制Real Server对广播的应答，或者直接在路由器中对DS进行绑定等。
LVS-tun模式
TNU模式与DR模式非常相似，它同样是只有请求信息会经过DS，应答信息由Real Server直接返回给用户。不过DR模式中，要求DS和所有的Real Server必须在一个局域网中，而TNU模式去掉了这个限制。
原理：
互联网上的大多Internet服务的请求包很短小，而应答包通常很大。那么隧道模式就是，把客户端发来的数据包，封装一个新的IP头标记(仅目的IP)发给RS,RS收到后,先把数据包的头解开,还原数据包,处理后,直接返回给客户端,不需要再经过负载均衡器｡注意,由于RS需要对负载均衡器发过来的数据包进行还原,所以说必须支持IPTUNNEL协议｡所以,在RS的内核中,必须编译支持IPTUNNEL这个选项
1.IP隧道技术又称为IP封装技术，它可以将带有源和目标IP地址的数据报文使用新的源和目标IP进行二次封装，这样这个报文就可以发送到一个指定的目标主机上。
2.隧道模式下，调度器和后端服务器组之间使用IP隧道技术。当客户端发送的请求(CIP–>VIP)被director接收后，director修改该报文，加上IP隧道俩端的IP地址作为新的源和目标地址，并将请求转发给后端被选中的一个目标。
3.当后端服务器接收到报文后，首先解封该报文原有的CIP—>VIP,该后端服务器发现自身的tun接口上配置了VIP，因此接受该数据包。
4.当请求处理完成后，结果将不会重新交给director，而是直接返回给客户端。此时响应数据包的源IP为VIP，目标IP为CIP。
在TNU模式中，DS与Real Server不必在一个网络中。DS在接到请求报文之后，在报文的上面再加一层源地址为DIP，目的地址为RIP2的IP首部，然后通过广域网发送到Real Server2。
Real Server2收到报文，拆掉报文以后发现了里面还有一个封装，它就知道了，这就是隧道。后续的过程就与DR一样了。
tun模式的特点
1.DIP, VIP, RIP都应该是公网地址
2.RS的网关一般不能指向DIP
3.请求报文要经由Director，但响应不能经由Director
4.不支持端口映射 5.RS的OS须支持隧道功能
ipvsadm工具使用
LVS-server安装lvs管理软件
yum -y install ipvsadm
程序包：ipvsadm（LVS管理工具）
主程序：/usr/sbin/ipvsadm
规则保存工具：/usr/sbin/ipvsadm-save > /path/to/file
配置文件：/etc/sysconfig/ipvsadm-config
命令选项
-A --add-service #在服务器列表中新添加一条新的虚拟服务器记录
-s --scheduler #使用的调度算法， rr | wrr | lc | wlc | lblb | lblcr | dh | sh | sed | nq 默认调度算法是 wlc
例：ipvsadm -A -t 192.168.1.2:80 -s wrr
-a --add-server #在服务器表中添加一条新的真实主机记录
-t --tcp-service #说明虚拟服务器提供tcp服务
-u --udp-service #说明虚拟服务器提供udp服务
-r --real-server #真实服务器地址
-m --masquerading #指定LVS工作模式为NAT模式
-w --weight #真实服务器的权值
-g --gatewaying #指定LVS工作模式为直接路由器模式（也是LVS默认的模式）
-i --ip #指定LVS的工作模式为隧道模式
-p #会话保持时间，定义流量被转到同一个realserver的会话存留时间
例：ipvsadm -a -t 192.168.1.2:80 -r 192.168.2.10:80 -m -w 1
-E -edit-service #编辑内核虚拟服务器表中的一条虚拟服务器记录。
-D -delete-service #删除内核虚拟服务器表中的一条虚拟服务器记录。
-C -clear #清除内核虚拟服务器表中的所有记录。
-R -restore #恢复虚拟服务器规则
-S -save #保存虚拟服务器规则到标准输出，输出为-R 选项可读的格式
-e -edit-server #编辑一条虚拟服务器记录中的某条真实服务器记录
-d -delete-server #删除一条虚拟服务器记录中的某条真实服务器记录
-L|-l --list #显示内核虚拟服务器表
--numeric, -n：#以数字形式输出地址和端口号
--exact： #扩展信息，精确值
--connection，-c： #当前IPVS连接输出
--stats： #统计信息
--rate ： #输出速率信息
参数也可以从/proc/net/ip_vs*映射文件中查看
-Z –zero #虚拟服务表计数器清零（清空当前的连接数量等）
管理集群服务中的增删改（大写）--Virtual Services
-A --add-service #在服务器列表中新添加一条新的虚拟服务器记录
ipvsadm -A -t 172.25.254.100:80 -s rr
-E -edit-service #编辑内核虚拟服务器表中的一条虚拟服务器记录。
ipvsadm -E -t 172.25.254.100:80 -s wlc
-D -delete-service #删除内核虚拟服务器表中的一条虚拟服务器记录。
ipvsadm -D -t 172.25.254.100:80
管理集群中的曾增删改（小写）--RealServer
-a --add-server #在服务器表中添加一条新的真实主机记录
ipvsadm -a -t 172.25.254.100:80 -r 192.168.0.30 -m
-d -delete-server #删除一条虚拟服务器记录中的某条真实服务器记录
ipvsadm -d -t 172.25.254.100:80 -r 192.168.0.30
-e -edit-server #编辑一条虚拟服务器记录中的某条真实服务器记录
ipvsadm -e -t 172.25.254.100:80 -r 192.168.0.30 -w 2
