Linux系統（四）LVS集群負載均衡NAT模式，lvsnat

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Linux系統（四）LVS集群負載均衡NAT模式，lvsnat

序言

提到LVS，就從章文嵩博士開始吧，反正也不知道如何下筆來寫這一篇。章大博士，讀博時候創建這個lvs軟件項目，但是他提倡開源精神，在用戶的建議和反饋中，這個花了他兩周時間開發的開源軟件不斷得到改建和豐富。到1999年，該款軟件已在負載均衡領域中比較出名，章文嵩仍舊堅持開源，將源代碼分享給所有人。好人自有好歸宿，章博士在2016年5月27日，去滴滴出任高級副總裁、負責CTO線基礎平台部兼工程技術委員會主席。在來滴滴之前，章博士曾在阿裡任職近七年，歷任淘寶網資深技術總監、淘寶技術委員會主席、阿裡副總裁、阿裡開源委員會主席、阿裡雲CTO等。

那扯那麼多LVS是個什麼呢？

他是Linux Virtual Server的縮寫，是一個虛擬的服務器集群系統，總之為使用集群技術來和Linux系統來實現一個高可用，高性能的服務器。如果進一步的扯淡，建議百度百科一下，裡面清清楚楚，如果你看百科看不懂，那你加左上角的技術群，去跟裡面的大神聊聊吧。這裡我附帶一個直通章博士的LVS中文站點：http://zh.linuxvirtualserver.org/。

LVS 集群分為三層結構:

• 負載調度器(load balancer)：它是整個LVS 集群對外的前端機器，負責將client請求發送到一組服務器[多台LB IP]上執行，而client端認為是返回來一個同一個IP【通常把這個IP 稱為虛擬IP/VIP】
• 服務器池(server pool)：一組真正執行client 請求的服務器，一般是我們的web服務器；除了web，還有FTP，MAIL，DNS
• 共享存儲(shared stored)：它為 server pool 提供了一個共享的存儲區，很容易讓服務器池擁有相同的內容，提供相同的服務

LVS NAT模式簡述

章文嵩博士的博文在這裡，瞅瞅吧。http://www.linuxvirtualserver.org/zh/lvs3.html

接下來我們的示例，就采用如下ip配置部署。

具體數據包路由走向，參考我的文章 VMware虛擬網絡連接模式詳解(NAT,Bridged,Host-only) 中的nat網絡連接方式。

NAT模式的幾個要點

LVS NAT模式配置操作

1、准備工作，3台服務器。一台用作Director server。2台用作real server。如上圖。

2、配置Director server為雙ip

[root@localhost ~]# ifconfig
eth0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 192.168.222.131  netmask 255.255.255.0  broadcast 192.168.222.255
        inet6 fe80::20c:29ff:feaf:ff3a  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether 00:0c:29:af:ff:3a  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 53298  bytes 4735958 (4.5 MiB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 2690  bytes 453988 (443.3 KiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

eth1: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 192.168.2.136  netmask 255.255.255.0  broadcast 192.168.2.255
        inet6 fe80::20c:29ff:feaf:ff44  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether 00:0c:29:af:ff:44  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 11269  bytes 882315 (861.6 KiB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 1502  bytes 294418 (287.5 KiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

• 查看eth1具體配置，eth0為nat連網方式，不需要修改，eth1為host-only模式，需要修改為靜態ip，且配置ip地址。

[root@localhost ~]# cat /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth1
TYPE="Ethernet"
BOOTPROTO="static"   
DEFROUTE="yes"
PEERDNS="yes"
PEERROUTES="yes"
IPV4_FAILURE_FATAL="no"
IPV6INIT="yes"
IPV6_AUTOCONF="yes"
IPV6_DEFROUTE="yes"
IPV6_PEERDNS="yes"
IPV6_PEERROUTES="yes"
IPV6_FAILURE_FATAL="no"
NAME="eth1"
DEVICE="eth1"
ONBOOT="yes"
IPADDR="192.168.2.136"
NETMASK="255.255.255.0"

• 設置Director server，開啟路由轉發功能

[root@localhost network-scripts]# echo "1">"/proc/sys/net/ipv4/ip_forward"

• 在Director server上安裝lvs管理工具：ipvsadmin，ipvsadmin這個工具稍後會深入一下。

[root@localhost ~]# yum install ipva

• 配置負載均衡規則為輪詢

[root@localhost ~]# ipvsadm -C   --清空轉發規則
[root@localhost ~]# ipvsadm -A -t 192.168.222.131:80 -s rr    --131上一單有80端口的tcp請求，即使用rr表示轉發策略為輪詢的方式轉發給一下的真實服務器，這裡有好多負載均衡轉發算法，在下面會介紹下。
[root@localhost ~]# ipvsadm -a -t 192.168.222.131:80 -r 192.168.2.130 -m
[root@localhost ~]# ipvsadm -a -t 192.168.222.131:80 -r 192.168.2.129 -m

• 到此Director server已經全部配置完畢。

3、配置Real server。real server為host-only模式，這裡要做的就很簡單啦。

• 配置ip為靜態ip，且網關為Director server的內網ip

[root@localhost network-scripts]# cat /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0 
TYPE="Ethernet"
BOOTPROTO="static"
DEFROUTE="yes"
PEERDNS="yes"
PEERROUTES="yes"
IPV4_FAILURE_FATAL="no"
IPV6INIT="yes"
IPV6_AUTOCONF="yes"
IPV6_DEFROUTE="yes"
IPV6_PEERDNS="yes"
IPV6_PEERROUTES="yes"
IPV6_FAILURE_FATAL="no"
NAME="eth0"
DEVICE="eth0"
ONBOOT="yes"
IPADDR="192.168.2.130"
NETMASK="255.255.255.0"
GATEWAY="192.168.2.136"

• 2台real server的網絡設置一樣，只是ip不一樣而已。這裡不一一列出，如上配置即可。
• 安裝nginx ，安裝之後修改頁面，打開80端口即可。

4、看下結果，在主機上用浏覽器打開。http://192.168.222.131/ ，不斷刷新頁面即可看到來到2個real server的不同web站點的網頁。

[root@localhost ~]# curl 192.168.222.131
192.168.222.130:A
[root@localhost ~]# curl 192.168.222.131
192.168.2.129 c
[root@localhost ~]# curl 192.168.222.131
192.168.222.130:A
[root@localhost ~]# curl 192.168.222.131
192.168.2.129 c

5、到此，lvs的nat模式的配置實現也已完成，這個配置其實很簡單的，對吧。哈哈。

ipvsadmin工具命令講解

ipvsadm 參數詳解

• -A (--add-service) 在內核的虛擬服務器列表中添加一條新的虛擬IP記錄。也就是增加一台新的虛擬服務器。虛擬IP也就是虛擬服務器的IP地址。
• -E (--edit-service) 編輯內核虛擬服務器列表中的一條虛擬服務器記錄
• -D (--delete-service) 刪除內核虛擬服務器列表中的一條虛擬服務器記錄
• -C (--clear) 清除內核虛擬服務器列表中的所有規則
• -R (--restore) 恢復虛擬服務器規則
• -S (--save) 保存虛擬服務器規則，輸出為-R 選項可讀的格式
• -a (--add-server) 在內核虛擬服務器列表的一條記錄裡添加一條新的Real Server記錄。也就是在一個虛擬服務器中增加一台新的Real Server
• -e (--edit-server) 編輯一條虛擬服務器記錄中的某條Real Server記錄
• -d (--delete-server) 刪除一條虛擬服務器記錄中的某條Real Server記錄
• -L|-l –list 顯示內核中虛擬服務器列表
• -Z (--zero) 虛擬服務器列表計數器清零（清空當前的連接數量等）
• --set tcp tcpfin udp 設置連接超時值
• -t 說明虛擬服務器提供的是tcp服務，此選項後面跟如下格式：[virtual-service-address:port] or [real-server-ip:port]
• -u 說明虛擬服務器提供的是udp服務，此選項後面跟如下格式：[virtual-service-address:port] or [real-server-ip:port]
• -f fwmark 說明是經過iptables標記過的服務類型
• -s 此選項後面跟LVS使用的調度算法，有這樣幾個選項： rr|wrr|lc|wlc|lblc|lblcr|dh|sh，默認的調度算法是： wlc
• -p [timeout] 在某個Real Server上持續的服務時間。也就是說來自同一個用戶的多次請求，將被同一個Real Server處理。此參數一般用於有動態請求的操作中，timeout 的默認值為360 分鐘。例如：-p 600，表示持續服務時間為600分鐘。
• -r 指定Real Server的IP地址，此選項後面跟格式： [real-server-ip:port]
• -g (--gatewaying) 指定LVS 的工作模式為直接路由模式（此模式是LVS 默認工作模式）
• -i (-ipip) 指定LVS 的工作模式為隧道模式
• -m (--masquerading) 指定LVS 的工作模式為NAT模式
• -w (--weight) weight 指定Real Server的權值
• -c (--connection) 顯示LVS目前的連接信息 如：ipvsadm -L -c
• -L --timeout 顯示“tcp tcpfin udp”的timeout值，如：ipvsadm -L --timeout
• -L --daemon 顯示同步守護進程狀態，例如：ipvsadm -L –daemon
• -L --stats 顯示統計信息，例如：ipvsadm -L –stats
• -L --rate 顯示速率信息，例如：ipvsadm -L --rate
• -L --sort 對虛擬服務器和真實服務器排序輸出，例如：ipvsadm -L --sort

保存添加的虛擬ip記錄和ipvsadm的規則可以使用service ipvsadm save，還可以用-S或--save。清除所有記錄和規則除了使用-C，還以使用--clear。

下面列出幾個常用的查詢。

1、查看記錄和規則

[root@localhost network-scripts]# ipvsadm -L -n
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  192.168.222.131:80 rr
  -> 192.168.2.129:80             Masq    1      1          0         
  -> 192.168.2.130:80             Masq    1      0          0   

InActConn： 指非活躍連接數，我們將處於 TCP ESTABLISH 狀態以外的連接都稱為不活躍連接。例如處於 SYN_RECV 狀態的連接，處於 TIME_WAIT 狀態的連接等。

ActiveConn：是活動連接數,也就是tcp連接狀態的ESTABLISHED;

Weight：輪詢權重

2、選項是統計自該條轉發規則生效以來的包

[root@localhost network-scripts]# ipvsadm -L --stats
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port               Conns   InPkts  OutPkts  InBytes OutBytes
  -> RemoteAddress:Port
TCP  192.168.222.131:http               50      263      134    46273    20519
  -> 192.168.2.129:http                 32      178       83    31215    13069
  -> 192.168.2.130:http                 18       85       51    15058     7450

Conns (connections scheduled) ： 已經轉發過的連接數

InPkts (incoming packets) ：入包個數

OutPkts (outgoing packets) ： 出包個數

InBytes (incoming bytes) ：入流量（字節）

OutBytes (outgoing bytes) ： 出流量（字節）

3、顯示速率信息

[root@localhost network-scripts]# ipvsadm -L --rate
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port                 CPS    InPPS   OutPPS    InBPS   OutBPS
  -> RemoteAddress:Port
TCP  192.168.222.131:http                0        1        0      216       87
  -> 192.168.2.129:http                  0        1        0      212       85
  -> 192.168.2.130:http                  0        0        0        4        2

CPS (current connection rate) ：每秒連接數

InPPS (current in packet rate) ： 每秒的入包個數

OutPPS (current out packet rate)： 每秒的出包個數

InBPS (current in byte rate) ： 每秒入流量（字節）

OutBPS (current out byte rate) 每秒入流量（字節）

lvs中的集中調度模式

1、rr（round robin：輪詢。 --在服務器池中無窮的循環遍歷。

2、wrr（weighted round robin）：權重輪詢法。 --根據權重值，來分配請求連接，處理的請求連接數與權重值的比率一致。

3、lc（least-connection）：最少連接法。 --當請求到達director時，director查看活動和非活動的連接數量，以確定把請求分發給哪個服務器，director將集群節點目前的活動連接數量x256再加上不活動的連接數量，得到借點的開銷值。最低開銷值的節點勝出，被分發給新的入站請求。（如果開銷一樣，則第一個節點被選中）。

4、wlc（weighted least-connection）：帶權重的最少連接法。 --先如lc算出集群節點的開銷值，然後除以分配給其的權重值，最小值節點勝出，將入站請求分發給它。

5、lblc（locality-based least-connection）：基於本地的最少連接法。 --基於局部的最小連接，當realserver是緩存服務器的時候用的比較多。

6、lblcr（locality-based least-connection with replication）：帶復制的基於局部的最小連接。 --當realserver是緩存服務器的時候用的比較多。

7、dh（destination hashing）：目標散列法

8、sh（source hashing）：源散列法。 --同一個ip的客戶端總是分發給同一個realserver。相當於有客戶粘性，與nginx中的iphash一致。

9、sed（shortest expected delay）:最短預期延遲法。 --最短延時預測（ci+1）/ui，ci是連接數，ui是權重值。在wlc方法上做啦輕微改進，這些服務使用tcp，而且當群節點在處理每個請求時保持在活動狀態。計算方法：每個集群節點的的開銷值是通過將活動的連接數+1計算的。然後開銷值除以分配權重值，得到的就是sed值，值少的集群節點勝出。

10、nq（never queue）：永不排隊法。 --沒有隊列，分配請求給空閒的服務器，沒有空閒的服務器就找響應最快的。

總結

接下來是大家最喜歡的總結內容啦，內容有三，如下：

1、希望能關注我其他的文章。

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