LVS负载均衡详解(万字图文总结)

LVS是大型互联网架构的必备中间件，也是大厂经常涉及的地方，下面我就全面来详解LVS负载均衡@mikechen

LVS

LVS (Linux Virtual Server) 是由章文嵩博士主导的开源项目，它在 Linux 内核中实现了高性能的 IP 负载均衡技术。

在分布式系统、微服务和云计算中，LVS 常用于四层负载均衡（基于 TCP/UDP），为 Web 服务、数据库集群等提供支持。

LVS 直接在内核层进行转发，拥有更高的性能和吞吐能力，尤其在处理海量并发连接时表现出色。

它与 Nginx、HAProxy 等七层负载均衡器形成互补。

 

LVS核心组件

LVS 的核心由以下几部分组成：

1）IPVS（IP Virtual Server）

• Linux 内核模块，位于内核空间
• 实现 TCP/UDP 请求的分发
• 支持多种调度算法（RR、WRR、LC、SH 等）
• 通过 netfilter 框架拦截、重写和转发数据包

🧠 是 LVS 最核心的部分，真正执行数据转发的逻辑。

2）ipvsadm（用户态工具）

• 配置 IPVS 转发规则的命令行工具
• 用于添加、删除 RS、设置调度算法、查看连接状态等

常用示例：

ipvsadm -A -t 192.168.1.100:80 -s rr # 添加虚拟服务并设置轮询算法
ipvsadm -a -t 192.168.1.100:80 -r 10.0.0.1:80 -g # 添加 RS（DR 模式）


3）Keepalived（高可用辅助组件）

• 实现 VIP 的主备控制和健康检查
• 虽非 LVS 原生组件，但在生产中是“标配”
• 利用 VRRP 实现 VIP 自动漂移，保障 LVS 高可用

4）iproute2（可选辅助）

• 配合 LVS 进行策略路由、表项设置
• 在复杂网络拓扑（如 FullNAT 模式）中发挥作用

5）内核参数调优（配套）

• LVS 高性能运行依赖合理的 Linux 内核参数设置，如：连接数、队列长度、端口释放时间…等。

 

LVS工作原理

LVS（Linux Virtual Server）通过内核中的 IPVS 模块工作在四层（传输层），基于 TCP/UDP 进行连接转发。

它本质是一个虚拟服务器，将外部请求分发给真实后端服务器（Real Server）。

以下是一个典型的客户端请求处理流程（以 DR 模式为例）：

+----------+      VIP       +---------+         +----------+
| Client A |  ----------->  |  LVS    |  -----> |  RS1      |
+----------+               +---------+         +----------+
        ^                     |                    |
        |      响应流         |<--------------------+
        +---------------------+

详细步骤：

1. 客户端访问 VIP
   • 客户端通过公网或内网访问 LVS 提供的虚拟 IP（VIP）
2. LVS 接收并处理数据包
   • IPVS 模块根据目标 IP 和端口匹配转发表（IPVS 表项）
   • 根据配置的调度算法选择一台 Real Server
3. LVS 执行数据包重写或转发
   • NAT 模式：修改目标 IP 为 RS，源地址为 LVS
   • DR 模式：修改目标 MAC，不改 IP
   • TUN 模式：封装为 IPIP 隧道包
   • FullNAT 模式：同时修改源 IP 和目标 IP
4. Real Server 处理请求
   • 收到请求后正常处理，并直接将响应返回给客户端（DR/TUN 模式）
5. 客户端接收响应
   • 如果不是 NAT 模式，客户端看到的源地址是 VIP

 

LVS静态调度算法

轮询（Round Robin）：按顺序分配请求，适合服务器性能均衡的场景。

加权轮询（Weighted Round Robin）：根据权重分配，权重高的服务器处理更多请求。

目标地址散列（Destination Hashing）：基于目标 IP 哈希，确保同一目标请求固定分配。

源地址散列（Source Hashing）：基于源 IP 哈希，保证同一客户端请求一致性。

 

LVS动态调度算法

最少连接（Least Connections）：分配给当前连接数最少的服务器。

加权最少连接（Weighted Least Connections）：结合权重和连接数。

最短预期延迟（Shortest Expected Delay）：根据服务器性能预测延迟。

从不排队（Never Queue）：优先分配给空闲服务器。

 

 

LVS VS其它负载均衡

项目	LVS	Nginx	HAProxy	F5
层级	四层	七层	四/七层	四/七层
性能	极高	中	高	极高
配置难度	中	易	中	高
是否开源	是	是	是	否（商业）
会话保持	是（SH）	是	是	是
动态路由	否	支持	支持	支持
常见用途	高性能四层转发	静态资源/七层转发	七层调度	企业级全能

 

mikechen

mikechen睿哥，10年+大厂架构经验，资深技术专家，就职于阿里巴巴、淘宝、百度等一线互联网大厂。

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