Linux:借助LVS+Keepalived实现负载均衡

一、负载均衡：必不可少的基础手段

1.1 找更多的牛来拉车吧

当前大多数的互联网系统都使用了服务器集群技术，集群即将相同服务部署在多台服务器上构成一个集群整体对外提供服务，这些集群可以是Web应用服务器集群，也可以是数据库服务器集群，还可以是分布式缓存服务器集群等等。

古人有云：当一头牛拉不动车的时候，不要去寻找一头更强壮的牛，而是用两头牛来拉车。

在实际应用中，在Web服务器集群之前总会有一台负载均衡服务器，负载均衡设备的任务就是作为Web服务器流量的入口，挑选最合适的一台Web 服务器，将客户端的请求转发给它处理，实现客户端到真实服务端的透明转发。最近几年很火的「云计算」以及分布式架构，本质上也是将后端服务器作为计算资 源、存储资源，由某台管理服务器封装成一个服务对外提供，客户端不需要关心真正提供服务的是哪台机器，在它看来，就好像它面对的是一台拥有近乎无限能力的 服务器，而本质上，真正提供服务的，是后端的集群。

1.2 负载均衡的类型

负载均衡可以采用硬件设备（例如常常听见的F5），也可以采用软件负载。

商用硬件负载设备成本通常较高（一台几十万上百万很正常），所以在条件允许的情况下我们会采用软件负载；

软件负载解决的两个核心问题是：选谁、转发，其中最著名的是LVS（Linux Virtual Server）。

传送门->关于负载均衡的实现方式类型等介绍请浏览我的另一篇博文：《大型网站技术架构》读书笔记之六：永无止境之网站的伸缩性架构

二、初识LVS：Linux Virtual Server

2.1 LVS是神马东西

LVS是Linux Virtual Server的简称，也就是Linux虚拟服务器, 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，在Linux2.4内核以前，使用LVS时必须要重新编译内核以支持LVS功能模块，但是从Linux2.4内核以后，已经完全内置了LVS的各个功能模块，无需给内核打任何补丁，可以直接使用LVS提供的各种功能。

2.2 LVS有神马作用

LVS主要用于服务器集群的负载均衡。它工作在网络层，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，且有多种负载均衡的方法。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。另外可扩展性也非常好。

LVS自从1998年开始，发展到现在已经是一个比较成熟的技术项目了。可以利用LVS技术实现高可伸缩的、高可用的网络服务，例如WWW服 务、Cache服务、DNS服务、FTP服务、MAIL服务、视频/音频点播服务等等，有许多比较著名网站和组织都在使用LVS架设的集群系统，例 如：Linux的门户网站（www.linux.com）、向RealPlayer提供音频视频服务而闻名的Real公司（www.real.com）、全球最大的开源网站（sourceforge.net）等。

2.3 LVS的体系结构

使用LVS架设的服务器集群系统有三个部分组成：

（1）最前端的负载均衡层，用Load Balancer表示；

（2）中间的服务器集群层，用Server Array表示；

（3）最底端的数据共享存储层，用Shared Storage表示；

在用户看来，所有的内部应用都是透明的，用户只是在使用一个虚拟服务器提供的高性能服务。

传送门->关于体系结构的详细介绍，请浏览南飞蚂蚁的blog：http://ixdba.blog.51cto.com/2895551/552947

2.4 LVS负载均衡机制

（1）LVS是四层负载均衡，也就是说建立在OSI模型的第四层——传输层之上，传输层上有我们熟悉的 TCP/UDP，LVS支持TCP/UDP的负载均衡。因为LVS是四层负载均衡，因此它相对于其它高层负载均衡的解决办法，比如DNS域名轮流解析、应 用层负载的调度、客户端的调度等，它的效率是非常高的。

（2）LVS的转发主要通过修改IP地址（NAT模式，分为源地址修改SNAT和目标地址修改DNAT）、修改目标MAC（DR模式）来实现。

①NAT模式：网络地址转换

NAT（Network Address Translation）是一种外网和内网地址映射的技术。 NAT模式下，网络数据报的进出都要经过LVS的处理。LVS需要作为RS（真实服务器）的网关。当包到达LVS时，LVS做目标地址转换（DNAT）， 将目标IP改为RS的IP。RS接收到包以后，仿佛是客户端直接发给它的一样。RS处理完，返回响应时，源IP是RS IP，目标IP是客户端的IP。这时RS的包通过网关（LVS）中转，LVS会做源地址转换（SNAT），将包的源地址改为VIP，这样，这个包对客户端 看起来就仿佛是LVS直接返回给它的。客户端无法感知到后端RS的存在。

②DR模式：直接路由

DR模式下需要LVS和RS集群绑定同一个VIP（RS通过将VIP绑定在loopback实现），但与NAT的不同点在于：请求由LVS接 受，由真实提供服务的服务器（RealServer, RS）直接返回给用户，返回的时候不经过LVS。详细来看，一个请求过来时，LVS只需要将网络帧的MAC地址修改为某一台RS的MAC，该包就会被转发 到相应的RS处理，注意此时的源IP和目标IP都没变，LVS只是做了一下移花接木。RS收到LVS转发来的包时，链路层发现MAC是自己的，到上面的网 络层，发现IP也是自己的，于是这个包被合法地接受，RS感知不到前面有LVS的存在。而当RS返回响应时，只要直接向源IP（即用户的IP）返回即可， 不再经过LVS。

（3）DR负载均衡模式数据分发过程中不修改IP地址，只修改mac地址，由于实际处理请求的真实物理IP 地址和数据请求目的IP地址一致，所以不需要通过负载均衡服务器进行地址转换，可将响应数据包直接返回给用户浏览器，避免负载均衡服务器网卡带宽成为瓶 颈。因此，DR模式具有较好的性能，也是目前大型网站使用最广泛的一种负载均衡手段。

来源：http://www.cnblogs.com/edisonchou/p/4281978.html