LVS，为何成为负载均衡领域的热门选择？

负载均衡软件之LVS

一、LVS简介

LVS定义与目标

LVS（Linux Virtual Server）即Linux虚拟服务器，是由章文嵩博士在1998年成立的自由软件项目，它通过负载均衡技术和Linux操作系统，旨在构建一个高性能、高可用的服务器集群系统，LVS通过将多台低性能服务器组合成一个超级服务器，以低廉的成本实现最优的性能表现。

LVS架构

LVS的体系结构包括三个部分：

Load Balancer层：位于整个集群系统的最前端，由一台或多台负载调度器（Director Server）组成，负责接收用户请求并将其分发到后端的Real Server。

Server Array层：由一组实际运行应用服务的Real Server组成，这些服务器可以是Web服务器、Mail服务器等，通过高速LAN或WAN相连接。

Shared Storage层：为所有Real Server提供共享存储空间和内容一致性，通常使用磁盘阵列设备或集群文件系统，如Red Hat GFS、Oracle OCFS2等。

LVS术语

Director Server：前端负载均衡器节点。

Real Server：后端真实的工作服务器。

Virtual IP (VIP)：向外部直接面向用户请求的目标IP地址。

Director IP (DIP)：Director Server用于内部通讯的IP地址。

Real Server IP (RIP)：后端服务器的IP地址。

Client IP (CIP)：访问客户端的IP地址。

二、LVS工作原理

工作流程

当用户向LVS Director Server发起请求时，调度器会将请求转发至内核空间，PREROUTING链会首先接收到用户请求，判断目标IP是否为本机IP，然后将数据包送至INPUT链，IPVS模块比对数据包请求的服务是否为集群服务，若是，则修改数据包的目标IP地址及端口，并将新的数据包发往POSTROUTING链，最终通过选路发送给后端的Real Server。

三种模式详解

2.1 NAT模式（VS/NAT）

特点：通过修改请求报文中的目标地址和目标端口进行转发。

优势：配置简单，支持端口映射，适用于大多数操作系统。

劣势：Director Server可能成为瓶颈，因为请求和响应报文都要经过它。

2.2 DR模式（VS/DR）

特点：通过修改请求报文的MAC地址进行转发，源IP和目标IP保持不变。

优势：效率高，Director Server仅处理请求报文，响应报文直接返回给客户。

劣势：所有RS节点和调度器必须在同一个局域网内。

2.3 TUN模式（VS/TUN）

特点：通过IP隧道技术将请求报文封装后转发给Real Server，响应报文直接返回给客户。

优势：减少Director Server的压力，提高系统的吞吐量。

劣势：需要合法的IP地址，且所有服务器必须支持IP隧道协议。

三、LVS的优点与缺点

优点

开源免费：LVS是自由软件，可以在网上找到许多相关技术资源。

高可靠性与可扩展性：具有良好的故障恢复机制和可扩展性。

多种负载均衡算法：支持轮询、加权轮询、最小连接数等多种算法。

缺点

缺乏可靠的支持服务：没有专门的商业支持服务，出现问题时难以获得及时帮助。

功能相对简单：对于复杂的应用负载均衡能力较差。

配置复杂：特别是在隧道模式下，需要重编译内核。

四、LVS与其他负载均衡器的对比

Nginx

Nginx是一款高性能的HTTP和反向代理服务器，也可以作为邮件代理服务器，它的安装配置简单，测试方便，能够承担较高的负载压力且稳定，Nginx仅能支持HTTP和Email协议，适用范围较小，不支持Session的直接保持。

HAProxy

HAProxy是一款支持TCP和HTTP应用的负载均衡器，提供了丰富的负载均衡策略，如动态加权轮循、加权源地址哈希等，它能够补充Nginx的一些缺点，如Session保持和Cookie引导等，HAProxy还支持针对Mysql的负载均衡，并能对后端DB节点进行检测和负载均衡。

五、归纳

LVS作为一个高性能、高可用的负载均衡解决方案，具有广泛的应用场景和良好的扩展性，尽管其配置复杂且缺乏可靠的支持服务，但其开源免费的特性以及强大的负载均衡能力使其在业界得到了广泛应用，通过合理的配置和使用，LVS可以有效地提升服务器集群的整体性能，满足企业对高性能网络服务的需求。

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