lvs总结

changjiahong2026-08-01 12:57

什么是集群Cluster

集群就是把多台独立的物理服务器，通过网络组合在一起，对外表现为一个整体系统，统一对外提供服务。主要用来解决三大问题：分担访问压力、规避服务器单点故障、集中算力完成海量计算任务。

集群三大分类

1、LB 负载均衡集群

多台后端服务器共同承接用户请求，流量被拆分分发到各个节点，单台机器只承载部分访问量，以此分摊并发压力。

2、HA 高可用集群

核心目的：消除单点故障（SPOF）。

  • MTBF：设备正常不间断运行的平均时长，数值越大稳定性越好
  • MTTR：服务故障之后，修复恢复运行的平均耗时，耗时越短业务影响越小
  • 可用性计算公式：可用性 = MTBF / (MTBF + MTTR)，取值区间 0~1。业界常用 99%、99.9%、99.99%、99.999% 这类标准衡量服务可靠程度
  • SLA 服务等级协议：服务商和使用者约定好的服务质量标准。在既定成本下约定服务可用指标，一旦达不到标准需要履行对应的赔付规则，运维的核心工作就是保障业务达标 SLA。 停机分为计划内维护停机、意外故障停机，运维重点管控突发的非计划停机事故。

3、HPC 高性能计算集群

整合多台服务器的运算能力，处理大规模、高难度的海量运算任务，多用于科研、气象模拟、军工测算等领域，属于国家关键算力资源。

LVS 作用

依托内核 ipvs 模块工作，调度服务器 VS 依据数据包目的 IP、通信协议、端口，搭配选定的调度算法，将用户请求转发分配给后端真实业务服务器 RS。

LVS 四种工作模式

1、NAT 模式

原理属于多目标地址 DNAT 转换，改写数据包目的 IP 与端口，将 VIP 替换为后端 RS 的内网 RIP 完成转发。

  • RS 内网 IP 和调度器 IP 处于同一网段，后端服务器网关必须指向调度器内网地址
  • 用户请求、客户端回包全部流经调度器，调度节点容易形成性能瓶颈
  • 支持端口修改映射；调度主机必须是 Linux 系统，后端服务器系统无限制 工作流程：
  1. 客户端发起请求，报文携带本机 IP、访问 VIP、目标端口
  2. VS 做 DNAT 转换，把报文目的 VIP 修改为对应 RS 的 RIP
  3. RS 处理业务并返回数据，报文源地址为自身 RIP，目标为客户端 IP
  4. 响应数据经过 VS 时，将源地址由 RIP 改回 VIP
  5. 封装完成的数据包传回客户端 补充：ipvs 挂载在防火墙 PREROUTING 与 INPUT 链中间，自行编写 PREROUTING 防火墙规则会干扰 LVS 转发，部署时建议清空 iptables 规则。

2、DR 直接路由（官方默认，生产最常用）

仅修改数据二层 MAC 地址完成转发，数据包 IP 头部（源 IP、目的 IP、端口）全程不会改动。调度器修改数据帧的目标 MAC 为选定 RS 的网卡 MAC，RS 处理请求后，响应数据直接发送给客户端，无需经过调度器，所以 VS 与所有 RS 节点都需要绑定 VIP 地址。 工作流程：

  1. 客户端发出数据帧：IP 为客户端 IP 访问 VIP，二层 MAC 为本机 MAC、VS 网卡 MAC
  2. VS 只替换二层目标 MAC 为对应 RS 硬件 MAC，IP 数据保持原样转发
  3. RS 接收报文处理业务，以 VIP 作为源地址，直接路由返回数据给客户端

3、TUN 隧道模式（了解即可）

原始 IP 报文完整保留，在原有报文外层再新增一层 IP 头部封装传输。外层 IP 以调度器 IP 为源、RS 内网 IP 为目标；后端解析外层报文处理业务，回复报文直接经由 VIP 回传给客户端，支持跨网段、跨机房部署。 工作流程：

  1. 客户端发送原始请求报文：源 IP 客户端、目的 IP VIP
  2. VS 外层封装 IP 头（源 DIP、目的 RIP），封装报文转发至 RS
  3. RS 剥离外层头部处理请求，响应报文直接回送客户端

4、FULLNAT 模式(课外了解）

同时修改报文源 IP 和目的 IP：客户端 IP 改为调度器 IP，访问 VIP 替换为后端 RIP。

  1. VIP 一般为公网地址，调度器、后端内网 IP 可处于不同网段，RS 网关无需指向调度器
  2. RS 收到的请求源地址是调度器 IP，回复数据先发给 VS，再由 VS 转发给客户端
  3. 上下行流量都经过调度节点，原生自带端口映射能力

LVS 调度算法

按照是否采集后端服务器实时负载，划分静态、动态两类；动态算法会计算节点负载开销值，优先分配流量给开销更低的服务器。

静态算法（固定规则分发，不检测实时负载）

  • RR 轮询：请求轮流分配给所有后端节点，服务器硬件配置不一致时不推荐使用
  • WRR 加权轮询：根据服务器性能配置权重，硬件性能越强权重越高，分到的请求数量更多
  • SH 源地址哈希：同一客户端 IP 的请求永久分配至首次匹配的服务器，实现会话保持效果
  • DH 目标地址哈希：访问同一个目标地址的请求固定下发同一台 RS，多用于运营商缓存代理服务

动态算法（结合实时连接负载分配流量）

  • LC 最少连接：负载开销 = 活跃连接数 ×256 + 空闲连接数
  • WLC 加权最少连接（LVS 默认算法）：开销 = (活跃连接数 ×256 + 空闲连接数) ÷ 服务器权重
  • SED 最短期望延迟：高权重机器优先接收新建连接，权重差距大时高权重节点会承接大量初始请求
  • NQ 永不排队：首轮请求均匀分配，后续流量依照 SED 规则调度
  • LBLC 本地最少连接：动态化的目标哈希算法，适配正向代理业务
  • LBLCR 带复制的 LBLC：优化原生 LBLC 负载不均衡问题，可将高负载节点流量分流至空闲服务器

内核 4.15 新增两种调度算法

  • FO 加权故障溢出：常用于灰度发布。遍历后端节点列表，选择无过载标记、权重最高的服务器分发流量；标记过载的主机不再接入新连接。
  • OVF 溢出连接调度：优先给高权重节点分配连接，当其活跃连接数量等于自身权重值后，自动切换下一台合格节点。 可用服务器条件：无过载标记、当前活跃连接数小于权重、权重不为 0。

lvs的多端口轮询问题解决方案

环境配置：

route路由

bash 复制代码 
[root@base ~]# vmset.sh eth1 192.168.0.100 route noroute
成功删除连接 "eth1" (45442c56-377e-4cf9-bfb0-a180b32d5db2)。
连接 "eth1" (4305eacb-402b-4eb6-ad0a-c3ca3096a31e) 已成功添加。
连接已成功激活（D-Bus 活动路径：/org/freedesktop/NetworkManager/ActiveConnection/5）
3: eth1: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc mq state UP group default qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:d4:23:50 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    altname enp19s0
    altname ens224
    inet 192.168.0.100/24 brd 192.168.0.255 scope global noprefixroute eth1
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::472f:6377:9b91:fbd3/64 scope link tentative noprefixroute 
       valid_lft forever preferred_lft forever
route
[root@base ~]# vmset.sh eth0 172.25.254.100 route
连接 "eth0" (5b735a59-482c-4537-8960-adec233fc21f) 已成功添加。
连接已成功激活（D-Bus 活动路径：/org/freedesktop/NetworkManager/ActiveConnection/7）
2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc mq state UP group default qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:d4:23:46 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    altname enp3s0
    altname ens160
    inet 172.25.254.100/24 brd 172.25.254.255 scope global noprefixroute eth0
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::cf58:3175:4375:ff6b/64 scope link tentative noprefixroute 
       valid_lft forever preferred_lft forever
route

[root@router ~]# dnf install ipvsadm -y
[root@router ~]# iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth1 -j SNAT --to-source 192.168.0.100
[root@router ~]# iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth0 -j SNAT --to-source 172.25.254.100

[root@router ~]# echo net.ipv4.ip_forward=1 >> /etc/sysctl.conf
[root@router ~]# sysctl  -p
net.ipv4.ip_forward = 1
Lobster AI

vsnode调度器

bash 复制代码 
[root@vsnode ~]# vmset.sh  eth0 192.168.0.50 vsnode  norouter
[root@vsnode ~]# vim /etc/NetworkManager/system-connections/eth0.nmconnection
[[connection]
id=eth0
type=ethernet
interface-name=eth0

[ipv4]
address1=192.168.0.50
gateway=192.168.0.100
method=manual

[ipv6]
addr-gen-mode=default
method=auto

[proxy]

[root@vsnode ~]# cd  /etc/NetworkManager/system-connections/
[root@vsnode system-connections]#  cp -p eth0.nmconnection lo.nmconnection
[root@vsnode system-connections]# vim lo.nmconnection
[connection]
id=lo
type=loopback
interface-name=lo

[ipv4]
address1=127.0.0.1/8
address2=192.168.0.200/32
method=manual

[ipv6]
addr-gen-mode=default
method=auto

[proxy]


[root@RS1 system-connections]# nmcli connection reload
[root@base system-connections]# chmod 600 eth0.nmconnection 
[root@RS1 system-connections]# nmcli connection up eth0
连接已成功激活（D-Bus 活动路径：/org/freedesktop/NetworkManager/ActiveConnection/7）
[root@RS1 system-connections]# nmcli connection up  lo
连接已成功激活（D-Bus 活动路径：/org/freedesktop/NetworkManager/ActiveConnection/8）

[root@vsnode system-connections]# route -n
Kernel IP routing table
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
0.0.0.0         192.168.0.200   0.0.0.0         UG    100    0        0 eth0
127.0.0.0       0.0.0.0         255.0.0.0       U     30     0        0 lo
192.168.0.0     0.0.0.0         255.255.255.0   U     100    0        0 eth0
[root@vsnode system-connections]# ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet 192.168.0.100/32 scope global lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 ::1/128 scope host
       valid_lft forever preferred_lft forever
2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc mq state UP group default qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:e9:03:89 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    altname enp3s0
    altname ens160
    inet 192.168.0.50/24 brd 192.168.0.255 scope global noprefixroute eth0
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::5337:ae2c:d589:1a21/64 scope link noprefixroute
       valid_lft forever preferred_lft forever

client客户端

bash 复制代码 
[root@client ~]# vmset.sh  eth0 172.25.254.99 client norouter

[root@client ~]# vim /etc/NetworkManager/system-connections/eth0.nmconnection
[connection]
id=eth0
type=ethernet
interface-name=eth0


[ipv4]
method=manual
address1=172.25.254.99/24,172.25.254.100
dns=8.8.8.8;

[root@base ~]# vim /etc/NetworkManager/system-connections/eth0.nmconnection
[root@base ~]# nmcli connection reload
[root@base ~]# nmcli connection up eth0
连接已成功激活（D-Bus 活动路径：/org/freedesktop/NetworkManager/ActiveConnection/6）
[root@base ~]# route  -n
Kernel IP routing table
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
0.0.0.0         172.25.254.100  0.0.0.0         UG    102    0        0 eth0
172.25.254.0    0.0.0.0         255.255.255.0   U     102    0        0 eth0

rs1和rs2后端真实服务器

bash 复制代码 
#  rs1和rs2配置相同
[root@RS1 ~]# vmset.sh eth0 192.168.0.10 RS1 noroute
[root@RS1 ~]# nmcli connection modify eth0 ipv4.gateway 192.168.0.100
[root@RS1 ~]# nmcli connection reload
[root@RS1 ~]# nmcli connection up eth0
[root@RS1 ~]# route  -n
Kernel IP routing table
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
0.0.0.0         192.168.0.100   0.0.0.0         UG    100    0        0 eth0
192.168.0.0     0.0.0.0         255.255.255.0   U     100    0        0 eth0

#在lo上设定vip
[root@RS1 ~]# cd /etc/NetworkManager/system-connections/
[root@RS1 system-connections]# cp -p eth0.nmconnection lo.nmconnection
[root@RS1 system-connections]# vim lo.nmconnection
[connection]
id=lo
type=loopback
interface-name=lo

[ethernet]

[ipv4]
address1=127.0.0.1/8
address2=192.168.0.200/32
method=manual

[ipv6]
addr-gen-mode=default
method=auto

[proxy]

[root@RS1 system-connections]# nmcli connection reload
[root@RS1 system-connections]# nmcli connection up lo
连接已成功激活（D-Bus 活动路径：/org/freedesktop/NetworkManager/ActiveConnection/6）
[root@RS1 system-connections]# ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet 192.168.0.200/32 scope global lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 ::1/128 scope host
       valid_lft forever preferred_lft forever
2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc mq state UP group default qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:d3:c0:b0 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    altname enp3s0
    altname ens160
    inet 192.168.0.10/24 brd 192.168.0.255 scope global noprefixroute eth0
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::594c:53b2:c4d:da94/64 scope link noprefixroute
       valid_lft forever preferred_lft forever

     
 #arp禁止响应
[root@rs1 ~]# echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
[root@rs1 ~]# echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
[root@rs1 ~]# echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
[root@rs1 ~]# echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
Lobster AI

rs1和rs2后端真实服务器

bash 复制代码 
#  rs1和rs2配置相同
[root@RS1 ~]# vmset.sh eth0 192.168.0.10 RS1 noroute
[root@RS1 ~]# nmcli connection modify eth0 ipv4.gateway 192.168.0.100
[root@RS1 ~]# nmcli connection reload
[root@RS1 ~]# nmcli connection up eth0
[root@RS1 ~]# route  -n
Kernel IP routing table
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
0.0.0.0         192.168.0.100   0.0.0.0         UG    100    0        0 eth0
192.168.0.0     0.0.0.0         255.255.255.0   U     100    0        0 eth0

#在lo上设定vip
[root@RS1 ~]# cd /etc/NetworkManager/system-connections/
[root@RS1 system-connections]# cp -p eth0.nmconnection lo.nmconnection
[root@RS1 system-connections]# vim lo.nmconnection
[connection]
id=lo
type=loopback
interface-name=lo

[ethernet]

[ipv4]
address1=127.0.0.1/8
address2=192.168.0.200/32
method=manual

[ipv6]
addr-gen-mode=default
method=auto

[proxy]

[root@RS1 system-connections]# nmcli connection reload
[root@RS1 system-connections]# nmcli connection up lo
连接已成功激活（D-Bus 活动路径：/org/freedesktop/NetworkManager/ActiveConnection/6）
[root@RS1 system-connections]# ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet 192.168.0.200/32 scope global lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 ::1/128 scope host
       valid_lft forever preferred_lft forever
2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc mq state UP group default qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:d3:c0:b0 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    altname enp3s0
    altname ens160
    inet 192.168.0.10/24 brd 192.168.0.255 scope global noprefixroute eth0
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::594c:53b2:c4d:da94/64 scope link noprefixroute
       valid_lft forever preferred_lft forever

     
 #arp禁止响应
[root@rs1 ~]# echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
[root@rs1 ~]# echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
[root@rs1 ~]# echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
[root@rs1 ~]# echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce

测试

利用火墙标记解决轮询错误

bash 复制代码 
#在RS1和RS2中开启https
[root@RS1 ~]# dnf install httpd
[root@RS1 ~]# systemctl restart httpd
[root@RS2 ~]# dnf install httpd
[root@RS2 ~]# systemctl restart httpd

#在vsnode中添加https的轮询策略
[root@vsnode ~]# ipvsadm -A -t 192.168.0.200:80  -s rr
[root@vsnode ~]# ipvsadm -a -t 192.168.0.200:80 -r 192.168.0.20 -g
[root@vsnode ~]# ipvsadm -a -t 192.168.0.200:80 -r 192.168.0.10 -g
[root@vsnode ~]# ipvsadm -A -t 192.168.0.200:443 -s rr
[root@vsnode ~]# ipvsadm -a -t 192.168.0.200:443 -r 192.168.0.10:443 -g
[root@vsnode ~]# ipvsadm -a -t 192.168.0.200:443 -r 192.168.0.20:443 -g
[root@vsnode ~]# ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  192.168.0.200:80 rr
  -> 192.168.0.10:80              Route   1      0          0
  -> 192.168.0.20:80              Route   1      0          0
TCP  192.168.0.200:443 rr
  -> 192.168.0.10:443             Route   1      0          0
  -> 192.168.0.20:443             Route   1      0          0

轮询错误展示

解决方案：使用火墙标记访问vip的80和443的所有数据包，设定标记为6666，然后对此标记进行负载

bash 复制代码 
[root@vsnode ~]# ipvsadm -C
[root@vsnode ~]# iptables -t mangle -A PREROUTING -d 192.168.0.200 -p tcp -m multiport --dports 80,443 -j MARK --set-mark  6666
[root@vsnode ~]# ipvsadm -A -f 6666 -s rr
[root@vsnode ~]# ipvsadm  -a -f 6666 -r 192.168.0.10 -g
[root@vsnode ~]# ipvsadm  -a -f 6666 -r 192.168.0.20 -g

利用持久连接实现会话粘滞

bash 复制代码 
[root@vsnode ~]# ipvsadm -D -f 6666
[root@vsnode ~]# ipvsadm -A -f 6666 -s rr -p 1
[root@vsnode ~]# ipvsadm  -a -f 6666 -r 192.168.0.10 -g
[root@vsnode ~]# ipvsadm  -a -f 6666 -r 192.168.0.20 -g
[root@vsnode ~]# ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
FWM  6666 rr persistent 1
  -> 192.168.0.10:0               Route   1      0          0
  -> 192.168.0.20:0               Route   1      0          0
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