代理服务器-LVS的3种模式与调度算法

作者介绍：简历上没有一个精通的运维工程师。请点击上方的蓝色《运维小路》关注我，下面的思维导图也是预计更新的内容和当前进度(不定时更新)。

我们上一章介绍了Web服务器，其中以Nginx为主，本章我们来讲解几个代理软件：Squid，Haproxy，LVS，FRP(内网穿透)。

上一小节我们介绍了LVS的概念和部署，本小节来讲解LVS的工作模式和调度算法。本小节的内容都是理论知识，在很多地方其实都能搜索到大致相似的内容。

一、LVS 的 3 种工作模式

1. NAT 模式（Network Address Translation）

客户端请求：客户端发送请求到 VIP（Virtual IP），Director 接收请求后，修改目标 IP 为 Real Server 的 IP（DNAT），转发请求。

服务器响应：Real Server 处理请求后，将响应返回给 Director，Director 修改源 IP 为 VIP（SNAT），返回给客户端。

Real Server 的网关必须指向 Director 的 DIP（Director IP）。

Director 需开启 IP 转发（net.ipv4.ip_forward=1）。

2. DR 模式（Direct Routing）

客户端请求：Director 接收请求后，仅修改目标 MAC 地址为 Real Server 的 MAC，直接转发数据包。

服务器响应：Real Server 处理请求后，直接通过自己的网络接口（不经过 Director）返回响应给客户端。

Director 和 Real Server 必须在同一物理网络（同一广播域）。

Real Server 需配置 VIP 在 lo 接口，并抑制 ARP 响应。

3. TUN 模式（IP Tunneling）

客户端请求：Director 将请求封装在 IP 隧道（如 IPIP、GRE）中，发送给 Real Server。

服务器响应：Real Server 解封装请求后，直接响应客户端（不经过 Director）。

Real Server 需支持 IP 隧道协议。

Real Server 需配置 VIP 在隧道接口（如 tun0）。

二、LVS 的 10 种调度算法

下面的调度算法实际上和我们前面讲的Nginx服务器差不多，只是他们工作的网络层不一样。

1. 轮询调度（Round Robin, rr）

描述：依次将请求分配给每个后端服务器，循环进行。

适用场景：当所有服务器的处理能力大致相同时，适合使用此算法。

特点：简单、公平，但不考虑服务器当前负载情况。

2. 加权轮询调度（Weighted Round Robin, wrr）

描述：基于服务器权重进行轮询调度。权重越大，分配到的请求越多。

适用场景：服务器性能差异较大时，可以通过设置不同权重来优化资源利用。

特点：在轮询的基础上增加了对服务器处理能力的考量。

3. 最少连接调度（Least Connections, lc）

描述：将请求分配给当前连接数最少的服务器。

适用场景：适用于请求处理时间较长或服务器负载不稳定的情况。

特点：有助于平衡服务器之间的负载，特别是当请求处理时间变化较大时。

4. 加权最少连接调度（Weighted Least Connections, wlc）

描述：结合了最少连接和服务器权重两个因素进行调度。计算公式为：(current connections / weight)，值最小的服务器被选中。

适用场景：当服务器性能差异较大且需要更精确地控制负载分布时。

特点：相比 lc 更加灵活，能更好地适应不同性能的服务器集群。

5. 基于局部性的最少连接调度（Locality-Based Least Connections, lblc）

描述：针对源地址进行调度，尝试将来自同一客户端的请求分配给同一个服务器，并优先选择连接数较少的服务器。

适用场景：适用于会话保持需求较高的应用，如 Web 应用程序。

特点：提高缓存命中率，减少跨服务器的数据传输。

6. 基于局部性的最少连接复用调度（Locality-Based Least Connections with Replication, lblcr）

描述：类似于 lblc，但在找不到合适的本地服务器时，会选择一个远程服务器并将其加入到本地服务器列表中。

适用场景：适合于高可用性和高扩展性的应用场景。

特点：增强了 lblc 的灵活性，能够更好地处理动态变化的流量模式。

7. 目标地址哈希调度（Destination Hashing, dh）

描述：根据目标地址（通常是客户端的 IP 地址）进行哈希运算，结果决定分配给哪个服务器。

适用场景：适用于需要会话保持的应用，确保相同客户端的请求总是被发送到同一台服务器。

特点：提供了较好的会话一致性，但可能导致负载不平衡。

8. 源地址哈希调度（Source Hashing, sh）

描述：根据源地址（通常是客户端的 IP 地址）进行哈希运算，结果决定分配给哪个服务器。

适用场景：与 dh 类似，适用于需要会话保持的应用。

特点：确保相同客户端的请求始终被发送到同一台服务器，但同样可能导致负载不平衡。

9. 最短预期延迟调度（Shortest Expected Delay, sed）

描述：选择 (当前连接数 + 1) / 权重 最小的服务器，目的是最小化新连接的预期延迟。

适用场景：适用于希望快速响应新请求的场景。

特点：相比 wlc 更注重新连接的延迟，而非平均负载。

10. 从不排队调度（Never Queue, nq）

描述：如果有一台服务器空闲，则直接选择该服务器；如果没有空闲服务器，则采用加权最少连接调度。

适用场景：适用于希望尽可能避免队列等待的情况。

特点：保证至少一台服务器上的即时响应，其他情况下则依赖于 wlc 算法。