LVS负载均衡器技术深入解析

1. LVS基础及介绍

LVS（Linux Virtual Server），即Linux虚拟服务器，是一个虚拟的服务器集群系统。该技术由中国国内最早的自由软件项目之一的成员章文嵩博士于1998年5月成立。LVS支持三种IP负载均衡技术：VS/NAT、VS/TUN和VS/DR，其中DR（Direct Routing）和TUN（Tunnel）方式更为常用。

LVS的调度单元是“连接”，支持十种调度算法，包括轮叫（rrr）、加权轮叫（wrr）、最小连接（lc）、加权最小连接（wlc）等。这些算法可以根据具体应用需求进行选择。

2. LVS负载均衡技术对比

三种负载均衡技术的优缺点如下：

技术	特性	适用场景
VS/NAT	基于NAT协议，修改请求报文的源和目标地址	适用于服务器分布在不同子网的情况
VS/TUN	基于IP隧道协议，封装请求报文	适用于需要跨区域或网络的场景
VS/DR	不修改报文，仅改写MAC地址	适用于服务器位于同一物理网络的场景

3. LVS调度算法选择

在一般网络服务（如HTTP、邮件等）中，推荐使用加权最小连接调度（wlc）或加权轮叫调度（wrr）算法。基于局部性最少链接的调度算法（lblc、lblcr）主要适用于Web缓存集群，而目标地址散列调度和源地址散列调度适用于防火墙场景。最短预期延时调度（sed）和不排队调度（nq）则适用于处理时间较长的网络服务。

4. LVS配置与管理

4.1 Ldirectord配置选项

-g：启用DR模式

-i：启用TUN模式

-m：启用NAT模式

4.2 ipvsadm命令

ipvsadm -L -n --stats

该命令可显示LVS的状态信息，包括本地地址、端口、连接数、输入输出包量及字节数。

4.3 LVS转发方法

NAT模式：调度器修改请求报文的源和目标地址，报文经过调度器后发送至目标服务器。

TUN模式：调度器封装请求报文，形成新的IP报文，直接发送至目标服务器。

DR模式：调度器仅修改数据帧的MAC地址，报文通过物理网络直接发送至目标服务器。

5. LVS性能调优

5.1 LVS自我调优

调整ipvsadm超时参数：
```
ipvsadm --set tcp tcpfin udp
```
默认超时值为：TCP（900秒）、TCPFIN（120秒）、UDP（300秒）。

5.2 提高TCP/IP性能

调整相关内核参数：

net.ipv4.tcp_tw_recyle=1net.ipv4.tcp_tw_reuse=1net.ipv4.tcp_max_syn_backlog=8192net.ipv4.tcp_keepalive_time=1800net.ipv4.tcp_fin_timeout=30net.core.rmem_max=16777216net.core.wmem_max=16777216net.ipv4.tcp_rmem=4096 87380 16777216net.ipv4.tcp_wmem=4096 65536 16777216net.core.netdev_max_backlog=3000

6. LVS常见经验总结

连接单位：LVS的调度单元是“连接”，仅在非持久化协议（如HTTP）中有效。

KeepAlive设置：Apache的KeepAlive设置为Off时，LVS才能以连接为单位进行均衡调度。

超时管理：通过ipvsadm调整TCP和UDP的超时，确保连接及时剥离。

服务器数目：在NAT模式下，服务器的PORT参数才具有意义。

DR模式特性：InActConn在DR和TUN模式下无意义，实际值由系统计算。

7. LVS的ARP问题

在2.6.x内核中，需要关闭arp查询响应请求：

echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignoreecho 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announceecho 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignoreecho 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce

8. LVS集群架构建议

在实际应用中，推荐结合业务需求选择调度算法：

HTTP服务：优先选择加权最小连接调度（wlc）。

Web Cache：基于局部性最少链接调度（lblc、lblcr）。

静态防火墙：目标地址散列调度（dh）或源地址散列调度（sh）。

长延迟服务：最短预期延时调度（sed）或不排队调度（nq）。

9. VS/DR模式的优势

无需修改请求报文，直接将数据帧的MAC地址改写为目标服务器的MAC地址。

适用于服务器位于同一物理网络的场景，且无需额外支持IP隧道协议。

10. LVS未来发展方向

随着网络环境的复杂化，LVS在云计算、容器化和边缘计算中的应用前景广阔。如何在高并发场景下优化LVS性能，如何支持新型网络协议（如QUIC），将是未来研究的重点方向。

转载地址：http://uxufk.baihongyu.com/

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