Linux | LVS--Linux虚拟服务器知识点（下）

一. LVS的调度算法

1.1 调度算法的内容与类型

IPVS（IP Virtual Server）是 Linux 内核中实现负载均衡的核心模块，而 IPVS Scheduler 则是 IPVS 的调度器，负责将客户端请求分发到后端真实服务器（RS）。是 LVS技术的核心组件，支持多种调度算法，可根据不同场景优化负载均衡效果。
IPVS Scheduler 的调度算法主要分为静态算法 和动态算法两类

1.2 LVS静态调度算法

静态算法**：**仅根据算法自身的规则进行调度，不考虑 RS 的实时负载情况（如连接数、CPU 使用率等），适用于各RS性能相近且负载波动较小的场景。主要包括以下四种：

RR（Round Robin，轮询）
- 原理：将客户端请求按顺序轮流分配给后端的每个 RS，每个 RS 被调度的次数均等。
- 特点：实现简单，但未考虑 RS 的性能差异。若各 RS 配置（如 CPU、内存）不同，性能较差的 RS 可能因频繁被调度而过载。
WRR（Weighted Round Robin，加权轮询）
- 原理：为每个 RS 分配一个权重（weight），权重越高的 RS 被调度的次数越多。
- 特点：解决了 RR 算法中 "忽略 RS 性能差异" 的问题，性能较差的 RS 可通过设置低权重减少被调度次数，适用于 RS 性能有差异的场景。
SH（Source Hashing，源地址哈希）
- 原理：根据客户端的源 IP 地址进行哈希计算，将来自同一源 IP 的请求始终分配给第一次选中的 RS，实现会话绑定（Session Sticky）。
- 特点：保证同一客户端的请求持续发送到同一 RS，适用于需要维持会话状态的场景（如用户登录后的操作），但可能导致部分 RS 因特定 IP 的高频请求而过载。
DH（Destination Hashing，目标地址哈希）
- 原理：根据请求的目标 IP 地址（如用户访问的域名对应的 IP）进行哈希计算，第一次通过轮询选择 RS，后续同一目标 IP 的请求始终分配给该 RS。
- 特点：可将同一目标地址的请求集中到同一 RS，提高缓存命中率，避免重复缓存相同内容。

1.3 LVS动态算法

动态算法：调度时会结合各 RS 的实时负载状态（如活动连接数、非活动连接数等）和算法规则，优先选择负载较低的 RS。其核心是通过计算 "负载值（Overhead）" 判断 RS 的繁忙程度，Overhead值越小的RS将被优先调度。主要包括以下六种：

LC（Least Connections，最少连接）
- 原理：优先选择当前连接数最少的 RS，连接数通过活动连接数（activeconns）和非活动连接数（inactiveconns）计算，Overhead = activeconns x 256 + inactiveconns。
- 特点：适用于长连接应用（如数据库连接、WebSocket），可避免 RS 因连接数过多而过载，但未考虑 RS 的性能差异。
WLC（Weighted Least Connections，加权最少连接）
- 原理：在 LC 算法基础上引入权重，Overhead = (activeconns x 256 + inactiveconns ) / weight 。权重越高的 RS，相同连接数下的 Overhead 值越小，被调度的优先级越高。
- 特点：是LVS的默认调度算法，兼顾连接数和 RS 性能，既避免连接数过多的 RS 过载，又让高性能RS承担更多请求，适用场景最广泛。
SED（Shortest Expectation Delay，最短预期延迟）
- 原理：优化 WLC 算法对新 RS 的调度策略，Overhead = (activeconns + 1 + inactiveconns ) x 256 / weight 。
- 特点：初始阶段会优先调度高权重的 RS。例如：RS1 权重为 1、RS2 权重为 10 时，前几次请求会优先分配给 RS2，快速让高权重 RS 承担更多负载，适用于需要高权重 RS 优先处理请求的场景。
NQ（Never Queue，永不排队）
- 原理：第一轮请求按轮询方式均匀分配给各 RS（确保每个 RS 至少处理一个请求），从第二轮开始采用 SED 算法调度。
- 特点：避免新启动的 RS 因初始连接数为 0 而被 SED 算法过度优先调度，同时防止某一 RS 长期空闲，适用于希望各 RS 初期负载更均衡的场景。
LBLC（Locality-Based Least Connections，基于局部性的最少连接）
- 原理：动态版的 DH 算法，结合目标地址哈希和最少连接策略。对于新的目标地址请求，先按最少连接原则分配 RS；后续同一目标地址的请求优先分配给该 RS，若该 RS 负载过高，则重新选择负载较低的 RS。
- 特点：正向代理服务器的负载均衡（如 CDN 节点），既保证同一目标地址的请求集中处理以提高缓存效率，又避免单 RS 过载。
LBLCR（LBLC with Replication，带复制功能的 LBLC）
- 原理：在 LBLC 基础上增加 "复制" 机制。当某一目标地址的请求集中导致对应 RS 负载过高时，会将该目标地址 "复制" 到其他负载较低的 RS，新请求可分配给这些复制节点。
- 特点：解决了 LBLC 中因目标地址集中导致的单 RS 过载问题，进一步提高负载均衡的合理性，适用于目标地址请求分布不均的场景。

1.4 在4.15版本内核以后新增调度算法

Linux内核4.15版本之后新增了两种 LVS 调度算法，主要用于特定场景的负载均衡优化。。

FO（Weighted Fail Over）调度算法
-  原理：遍历虚拟服务关联的真实服务器（RS）链表，选择未过载（未设置IP_VS_DEST_F OVERLOAD标志）且权重最高的 RS 进行调度。管理员可通过ipvsadm命令手动标记 RS 为过载，使其暂时不接收新连接。
- 特点：FO 算法专为灰度发布设计，通过权重灵活控制流量比例，支持无损切换（标记过载后已建立连接不受影响），但依赖管理员主动监控和干预，适合需要精确控制流量切换的场景。
OVF（Overflow-connection）调度算法
- 原理：遍历 RS 链表，选择未过载、活动连接数小于权重值且权重不为 0 的 RS 进行调度，每个 RS 的权重值同时作为连接数阈值，达到阈值时自动切换至下一台 RS。
- 特点：OVF 算法通过权重值实现连接数的精确控制，无需手动标记即可自动规避过载风险，但需要根据 RS 性能测试结果精细配置权重，适合对连接数敏感、需严格防止服务器过载的场景。

二. 火墙标记解决多端口轮询错误

2.1 可能遇到的错误

以http和https为例，当我们在RS中同时开放80和443端口，那么默认控制是分开轮询的，这样我们就出现了一个轮询错乱的问题

在RS1与RS2上安装mod_ssl并重启apache

RS1

[root@RS1 ~]# dnf install mod_ssl -y
[root@RS1 ~]# systemctl restart httpd

RS2

[root@RS2 ~]# dnf install mod_ssl -y
[root@RS2 ~]# systemctl restart httpd
查看端口，有80和443两个端口

在lvs-dr中设置调度，因为要调度80和443两个端口所以我们需要设定两组策略

router无法访问，lvs-dr需要关闭火墙

2.2 防火墙标记解决轮询调度问题

MARK target 可用于给特定的报文打标记，--set-mark value

其中 value 可为0xffff格式，表示十六进制数字借助于防火墙标记来分类报文，而后基于标记定义集群服务:可将多个不同的应用使用同一个集群服务进行调度

在lvs-dr主机上打标记

三. session会话保持优化方案

3.1 持久连接的需求背景

用户在上网与服务器交互的过程中，进行提交表单等操作，若仅采用常规调度算法，每次请求都可能被随机分配到不同的后端真实服务器。这可能导致用户之前填写的数据丢失，影响用户体验。早期为了解决这个问题，我们会使用sh算法，但是sh算法简单粗暴，可能会导致调度失衡。

3.2 优化方案

记录调度信息：当客户端的数据包到达 LVS 调度器时，只要是相同源 IP 的请求，调度器就会将该源 IP 的请求被调度到的 RS 信息记录在内存中。
短期会话保持：在默认360秒的短期时间内，如果同一个源 IP 再次发起访问请求，LVS 调度器会依据内存中记录的调度信息，将请求仍然调度到之前的那台 RS 上，确保用户的会话状态得以维持，不会出现数据丢失或操作中断的问题。
长期会话重新调度：当超过默认最长时间 360 秒后，若该源 IP 再次访问，此时 LVS 调度器不会再沿用之前的记录，而是将其作为新的请求，按照当前所使用的调度算法（如轮询 RR、加权最少连接 WLC 等）重新进行调度，分配到其他合适的 RS 上，以避免某一台 RS 长期承载同一客户端的大量请求而出现负载不均衡。

设置相关参数命令

ipvsadm -AlE -tlulf service-address [-s scheduler] [-p [timeout]]
-A ：添加虚拟服务器； -l ：列出虚拟服务器；
-E ：编辑虚拟服务器； -t ：指定 TCP 协议的虚拟服务器；
-u ：指定 UDP 协议的虚拟服务器 -l ：使用长格式输出；
-f ：指定虚拟服务的防火墙标记 -s ：指定调度算法；
-p ：启用持久连接，并可指定超时时间（单位为秒），若不指定则默认 360 秒。