- LVS简介
- Linux Virtual Server项目
- 网络分层
- IP虚拟服务器软件
- IP调度算法
- 内核Layer-7交换机KTCPVS
- LVS集群特点
- LVS与Nginx对比
LVS的英文全称是Linux Virtual Server，即Linux虚拟服务器。它是我们国家章文嵩博士的一个开源项目，在Linux内核2.6中，它已经成为内核的一部分，在此之前的内核版本则需要重新编译内核。
LVS主要用于多服务器的负载均衡。它工作在网络4层，可以实现高性能，高可用的服务器集群技术。它廉价，可把许多低性能的服务器组合在一起形成一个超级服务器。它易用，配置非常简单，且有多种负载均衡方法。它稳定可靠，即使在集群的服务器中某台服务器无法正常工作，也不影响整体效果。另外可扩展性非常好。
Linux Virtual Server项目
针对高可伸缩、高可用网络服务的需求，给出了基于IP层和基于内容请求分发的负载均衡调度解决方法，并在Linux内核中实现了这些方法，将一组服务器构成一个实现可伸缩的、高可用网络服务的虚拟服务器。
一组服务器通过高速的局域网或者地理分布的广域网相互连接，在它们的前端有一个负载调度器（Load Balancer）。负载调度器能无缝地将网络请求调度到真实服务器上，从而使得服务器集群的结构对客户是透明的，客户访问集群系统提供的网络服务就像访问一台高性能、高可用的服务器一样。由于LVS的负载调度技术是在Linux内核中实现的，称之为Linux虚拟服务器（Linux Virtual Server）。
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）。
目前，LVS项目提供了一个实现可伸缩网络服务的LinuxVirtualServer框架
- E-Commerce
- General Network Services
- Cluster Management：集群管理软件
- KTCPVS：基于内容请求分发的内核Layer-7交换机
- IPVS：提供了含有三种IP负载均衡技术的IP虚拟服务器软件
可以利用LVS框架实现高可伸缩的、高可用的Web、Cache、Mail和Media等网络服务；在此基础上，可以开发支持庞大用户数的、高可伸缩的、高可用的电子商务应用。
Nginx工作在OSI7层模型下，LVS工作在下四层
IP虚拟服务器软件IPVS
在调度器的实现技术中，IP负载技术是效率最高的。IPVS软件实现了三种IP负载均衡技术。它们的大致原理如下：
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。
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。
Virtual Server via IP Tunneling （VS/TUN）
采用NAT技术时，由于请求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。为了解这个问题，调度器把请求报文通过IP隧道转发至真实的服务器，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。
IPVS 8种调度算法
- 轮叫 Round Robin
- 加权轮叫 Weighted Round Robin
- 最少链接 Least Connections
- 加权最少链接 Weighted Least Connections
- 基于局部性的最少链接 Locality-Based Least Connections
- 带复制的基于局部性的最少链接 Locality-Based Least Connections with Replication
- 目标地址散列 Destination Hashing
- 源地址散列 Source Hashing
内核Layer-7交换机KTCPVS
在基于IP负载调度技术中，当一个TCP连接的初始SYN报文到达时，调度器就选择一台服务器，将报文转发给它。此后通过查发报文的IP和TCP头地址，保证此连接的后继报文被转发到该服务器。这样，IPVS无法检查到请求的内容再选择服务器，这就要求后端服务器组提供相同的服务，不管请求被发送到哪一台服务器，返回结果都是一样的，但是，在有些应用中后端服务器功能不一，有的提供HTML文档，有的提供图片，有的提供CGI，这就需要基于内容的调度（Content-Based Scheduling）
LVS集群特点
- 有三种IP负载均衡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
- 虚拟服务的设置数目没有限制，每个虚拟服务有自已的服务器集。
- 它支持持久虚拟服务（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与Nginx对比
| 负载均衡 | 4层负载均衡 | 7层负载均衡 |
|---|---|---|
| 技术原理 | IP+TCP端口 | URL应用层（内容交换） |
| 典型代表 | LVS | Ngin、Haproxy、MySQL Proxy |
| 优点和缺点 | 不理解mysql、ftp、http等应用协议，满足不了特定需求，如动静分离，缓存自定义等，但是配置简单，效率也很高 | 对负载均衡设备要求很高，处理七层能力一般低于四层模式的部署方式，但比较智能化，比如动态分离，根据不同请求定义图片，缓存，可以对客户端请求和服务器的相应进行自定义修改，极大提升了应用系统在网络层的灵活性 |
| 安全性 | SYNFlood攻击，有的软四层应用则会转发到后端服务器，有的则可以防止攻击，这个和设备（软硬）有一定关系。 | 一般可以在七层进行拦截，不影响后台服务器正常运营，可以设置多种策略，过滤特定报文。 |
| 应用 | 对应TCP应用 比如c/s开发的ERP | 应用广发HTTP协议，应用主要是网站或内部信息平台等B/S开发的系统 |
| 案例 | 接受客户的syn请求，通过上述方式选择后端指定服务器，并对报文中目标IP地址进行修改，改为后端服务器IP，TCP连接是直接建立，而负载均衡类似路由器作用 | 如果要根据真正的应用层内容在选择服务器，则先代理最终服务器和客户端建立连接（三次握手）后，才可能接受到客户端发送的真正应用层内容报文，然后根据该报文中特定字段，加上负载均衡设备的服务器选择方式，决定最终选择的内部服务器。此时充当了代理服务器 |
