摘要：GaussDB(DWS)的负载平衡通过LVS+keepAlived实现。对于这种形式，须要思考的问题是，CN的返回后果是否会通过LVS，而后再返回给前端利用？如果通过LVS，那么，LVS会不会成为单点瓶颈？ 带着这两个问题，咱们探索一下LVS+KeepAlived的实现原理。
咱们晓得GaussDB(DWS)为了保障业务的连续性和高可靠性，各个组件都进行了高可用设计。
下图是利用拜访GaussDB(DWS)的业务流程架构图，对于业务利用或者用户来说，他们产生申请给CN，CN解析并生成执行打算，交给DN去执行，执行后再由CN汇总将数据返回给业务用户或者业务利用。这个过程是容易了解的，本次咱们重点关注的是站在CN后面的LVS+KeepAlived。
当初的问题是：
- CN的返回后果是否会通过LVS，而后再返回给前端利用？
- 如果通过LVS，那么，LVS会不会成为单点瓶颈？
带着这两个问题咱们探索一下LVS和KeepAlived的原理。
LVS是什么？
LVS是Linux Virtual Server的简称，也就是Linux虚构服务器, 是一个由章文嵩博士发动的自由软件我的项目，它的官方站点是www.linuxvirtualserver.org。当初LVS曾经是 Linux规范内核的一部分，在Linux2.4内核以前，应用LVS时必须要从新编译内核以反对LVS功能模块，然而从Linux2.4内核当前，曾经齐全内置了LVS的各个功能模块，无需给内核打任何补丁，能够间接应用LVS提供的各种性能。
LVS的目标是什么？
LVS次要用于服务器集群的负载平衡，领有VIP，客户端将所有申请发送至此VIP，LVS负责将申请散发到不同的RS，客户不感知RS。其目标是进步服务器的性能，将申请平衡的转移到不同的服务器上执行，从而将一组服务器形成高性能、高牢靠的虚构服务器。
LVS的体系结构
应用LVS架设的服务器集群零碎有三个局部组成：
（1）最前端的负载平衡层，用Load Balancer示意；
（2）两头的服务器集群层，用Server Array示意；
（3）最底端的数据共享存储层，用Shared Storage示意；
在用户看来，所有的外部利用都是通明的，用户只是在应用一个虚构服务器提供的高性能服务。如图：
- Load Balancer层：位于整个集群零碎的最前端，有一台或者多台负载调度器（Director Server）组成，LVS模块就装置在Director Server上，而Director的次要作用相似于一个路由器，它含有实现LVS性能所设定的路由表，通过这些路由表把用户的申请分发给Server Array层的应用服务器（Real Server）上。同时，在Director Server上还要装置对Real Server服务的监控模块Ldirectord，此模块用于监测各个Real Server服务的健康状况。在Real Server不可用时把它从LVS路由表中剔除，复原时重新加入。
- Server Array层：由一组理论运行应用服务的机器组成，Real Server能够是WEB服务器、MAIL服务器、FTP服务器、DNS服务器、视频服务器中的一个或者多个，每个Real Server之间通过高速的LAN或散布在各地的WAN相连接。在理论的利用中，Director Server也能够同时专任Real Server的角色。
- Shared Storage层：是为所有Real Server提供共享存储空间和内容一致性的存储区域，在物理上，个别有磁盘阵列设施组成，为了提供内容的一致性，个别能够通过NFS网络文件系统共享数据，然而NFS在忙碌的业务零碎中，性能并不是很好，此时能够采纳集群文件系统，例如Red hat的GFS文件系统，oracle提供的OCFS2文件系统等。
从整个LVS构造能够看出，Director Server是整个LVS的外围，目前，用于Director Server的操作系统只能是Linux和FreeBSD，linux2.6内核不必任何设置就能够反对LVS性能，而FreeBSD作为Director Server的利用还不是很多，性能也不是很好。对于Real Server，简直能够是所有的零碎平台，Linux、windows、Solaris、AIX、BSD系列都能很好的反对。
LVS的程序组成部分
LVS 由2局部程序组成，包含 ipvs 和 ipvsadm。
- ipvs(ip virtual server)：一段代码工作在内核空间，叫ipvs，是真正失效实现调度的代码。
- ipvsadm：另外一段是工作在用户空间，叫ipvsadm，负责为ipvs内核框架编写规定，定义谁是集群服务，而谁是后端实在的服务器(Real Server)
LVS的负载平衡机制
1、 LVS是四层负载平衡，也就是说建设在OSI模型的第四层——传输层之上，传输层上有咱们相熟的TCP/UDP，LVS反对TCP/UDP的负载平衡。因为LVS是四层负载平衡，因而它绝对于其它高层负载平衡的解决办法，比方DNS域名轮流解析、应用层负载的调度、客户端的调度等，它的效率是十分高的。
2、 LVS的转发次要通过批改IP地址（NAT模式，分为源地址批改SNAT和指标地址批改DNAT）、批改指标MAC（DR模式）来实现。
GaussDB(DWS)目前次要采纳的是DR(Direct Routing)模式，所以，咱们次要聊一聊DR模式。
下图是DR模式的一个示意图：
DR模式下须要LVS和RS集群绑定同一个VIP（RS通过将VIP绑定在loopback实现），申请由LVS承受，由实在提供服务的服务器（RealServer, RS）间接返回给用户，返回的时候不通过LVS。具体来看，一个申请过去时，LVS只须要将网络帧的MAC地址批改为某一台RS的MAC，该包就会被转发到相应的RS解决，留神此时的源IP和指标IP都没变，LVS只是做了一下偷梁换柱。RS收到LVS转发来的包时，链路层发现MAC是本人的，到下面的网络层，发现IP也是本人的，于是这个包被非法地承受，RS感知不到后面有LVS的存在。而当RS返回响应时，只有间接向源IP（即用户的IP）返回即可，不再通过LVS。
至此，答复了咱们第一个问题：
- CN的返回后果是否会通过LVS，而后再返回给前端利用？
答：GaussDB(DWS)采纳的是LVS的DR模式，返回时不再通过LVS。
接下来，咱们看看keepAlived。
什么是keepAlived？
Keepalived顾名思义，放弃存活，在网络外面就是放弃在线了，也就是所谓的高可用或热备，用来避免单点故障(单点故障是指一旦某一点呈现故障就会导致整个零碎架构的不可用)的产生。
keepAlived的原理
Keepalived的实现基于VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol，虚构路由器冗余协定），而VRRP是为了解决动态路由的高可用。虚构路由器由多个VRRP路由器组成，每个VRRP路由器都有各自的IP和独特的VRID(0-255)，其中一个VRRP路由器通过竞选成为MASTER，占有VIP，对外提供路由服务，其余成为BACKUP，MASTER以IP组播（组播地址：224.0.0.18）模式发送VRRP协定包，与BACKUP放弃心跳连贯，若MASTER不可用（或BACKUP接管不到VRRP协定包），则BACKUP通过竞选产生新的MASTER并持续对外提供路由服务，从而实现高可用。
KeepAlived与LVS的关系
1、keepalived 是 lvs 的扩大我的项目，是对LVS我的项目的扩大加强，因而它们之间具备良好的兼容性。
2、对LVS应用服务层的应用服务器集群进行状态监控：若应用服务器不可用，则keepalived将其从集群中摘除，若应用服务器复原，则keepalived将其重新加入集群中。
3、查看LVS主备节点的衰弱状态，通过IP漂移，实现主备冗余的服务高可用，服务器集群共享一个虚构IP，同一时间只有一个服务器占有虚构IP并对外提供服务，若该服务器不可用，则虚构IP漂移至另一台服务器并对外提供服务，解决LVS自身单点故障问题。
至此，咱们能够答复第二个问题：
- 如果通过LVS，那么，LVS会不会成为单点瓶颈或者呈现独自故障？
答：返回后果不会通过LVS，不会因为返回的数据量太大造成独自瓶颈的问题。对应申请， LVS只须要将用户申请转发给CN即可，负载很低，也不会呈现独自瓶颈的问题。另外，LVS通过keepAlived实现了主备冗余，防止了独自故障。
本文分享自华为云社区《由两个问题引发的对GaussDB(DWS)负载平衡的思考》，原文作者：Sprother 。
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