DPVS（DPDK‑LVS）是爱奇艺开源的高性能四层（传输层）负载均衡器，源自 Linux Virtual Server（LVS）并基于 DPDK 实现内核旁路与用户态转发，核心优势是极致吞吐与低延迟，适合万兆级高并发场景。
一、核心定位与起源
- 本质：工作在传输层（TCP/UDP），基于 IP + 端口转发，不解析应用层内容。
- 起源：脱胎于阿里改进版 LVS，结合 DPDK 实现用户态高性能转发，名称即 "DPDK+LVS" 的缩写。
- 目标：解决传统 LVS 内核态转发的性能瓶颈，突破小包转发线速限制。
二、高性能核心技术（DPDK 驱动）
| 技术 | 作用 | 性能收益 |
|---|---|---|
| 内核旁路（用户态实现） | 绕过 Linux 内核协议栈，直接操作网卡 | 避免内核态 / 用户态拷贝与中断开销 |
| 轮询（Poll Mode） | 以轮询替代中断收发包 | 减少 CPU 上下文切换，提升小包转发效率 |
| 零拷贝（Zero Copy） | 网卡 DMA 直接读写用户态内存 | 消除数据包拷贝开销，提升吞吐量 |
| 批处理收发（RX/TX Burst） | 一次系统调用处理多个数据包 | 降低系统调用频率，提升转发效率 |
| 无锁设计（Per‑CPU 数据） | 核心间无锁通信，避免锁竞争 | 提升多核扩展性，减少等待开销 |
| RX 流绑定（RSS/Flow Director） | 同流固定到同一 CPU 核心 | 避免缓存失效，提升处理效率 |
三、核心架构与组件
DPVS 采用 "主从（Master‑Worker）" 架构，分离控制面与数据面，保障转发性能与配置灵活性。
- 控制面（Master 进程）
- 负责配置管理、状态监控、健康检查、会话同步等。
- 工具：兼容 ipvsadm 命令行，支持 keepalived 实现高可用。
- 数据面（Worker 进程）
- 核心转发逻辑，基于 DPDK 驱动网卡，实现用户态轻量级协议栈（IPv4/IPv6、ARP、ICMP、路由等）。
- 性能：单 Worker 达 2.3 Mpps，6 个 Worker 可跑满万兆网卡小包线速（约 12 Mpps）。
- 关键组件
- 轻量级协议栈：实现基础网络功能（ARP、路由、ICMP），满足转发需求。
- KNI（Kernel NIC Interface）：提供用户态与内核态网络互通，支持管理流量与特殊协议（如 OSPF/VRRP）。
四、核心功能与工作模式
- 负载均衡模式
- Full‑NAT（FNAT）：修改源 / 目的 IP + 端口，支持跨网段部署，后端无需配置网关指向负载均衡器。
- DR（Direct Routing）：仅修改目的 MAC，转发效率最高，要求负载均衡器与后端服务器同网段。
- Tunnel：基于 IP 隧道转发，支持跨机房部署，后端需支持隧道解封装。
- DNAT/SNAT：支持端口映射与内网访问外网场景。
- 调度算法
- 基础：轮询（RR）、加权轮询（WRR）、加权最小连接（WLC）等。
- 高级：一致性哈希（Conhash）、Maglev Hash（MH），适配微服务与容器化场景。
- 增强特性
- 高可用：支持 VRRP 协议，配合 keepalived 实现主备切换。
- 安全：TCP SYN Proxy 防御 SYN 洪水、连接数限制、黑名单机制。
- 网络适配：支持 VLAN、Bonding、NAT64（IPv6 转 IPv4）。
- 健康检查：支持 TCP 端口探测、HTTP 状态码校验，保障后端服务可用性。
五、性能表现与适用场景
- 性能指标
- 小包转发：6 个 Worker 可达到万兆网卡线速（约 12 Mpps）。
- 并发连接：支持千万级并发，满足高并发场景需求。
- 适用场景
- 大规模分布式系统的入口流量分发（如视频平台、电商）。
- 高并发传输层服务（如数据库读写分离、Redis 集群）。
- 云原生环境下的容器网络负载均衡，需要极致转发性能。
- 替代传统 LVS，提升数据中心出口带宽利用率。
六、与传统 LVS / 四层负载均衡对比
| 维度 | DPVS | 传统 LVS（内核态） | Nginx Stream 模块 |
|---|---|---|---|
| 转发模式 | 用户态 DPDK 转发 | 内核态转发 | 用户态转发（非 DPDK） |
| 小包性能 | 万兆线速（12 Mpps） | 约 1--2 Mpps | 约 3--5 Mpps |
| 并发连接 | 千万级 | 百万级 | 百万级 |
| 配置复杂度 | 高（需 DPDK 驱动与大页） | 低 | 中 |
| 网络适配 | 支持 VLAN/Bonding/NAT64 | 基础网络功能 | 基础网络功能 |
| 高可用 | 支持 keepalived/VRRP | 支持 keepalived/VRRP | 支持 keepalived/VRRP |
七、部署要点与注意事项
- 硬件要求
- 网卡：支持 DPDK 的 Intel 82599、 Mellanox ConnectX‑4 等。
- CPU：多核处理器，支持大页内存（HugePages）与 CPU 亲和性配置。
- 内存：推荐 64 GB 以上，配置大页内存（如 1 GB 每页）。
- 软件依赖
- DPDK 环境：安装 DPDK 库，配置环境变量，绑定网卡到 DPDK 驱动。
- 系统配置：关闭防火墙、禁用 NUMA 平衡、配置 CPU 隔离，避免性能干扰。
- 运维与监控
- 命令行：兼容 ipvsadm，支持会话查看、权重调整等。
- 监控：通过 Prometheus 等工具采集转发速率、连接数、错误率等指标。