LVS基本原理和日志打印:incomplete startup packet

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c.j 发表于 2021/01/21 22:55:27 2021/01/21
【摘要】 LVS(Linux Virtual Server)作为中国最早出现的自由软件项目之一,在Linux内核中实现了基于IP的四层数据请求负载均衡调度方案。相比Nginx等七层负载均衡方案,LVS处理流程更少,效率更高,更适合大型企业集群使用,目前LVS已经成为Linux官方标准内核模块的一部分。

LVS(Linux Virtual Server)作为中国最早出现的自由软件项目之一,在Linux内核中实现了基于IP的四层数据请求负载均衡调度方案。相比Nginx等七层负载均衡方案,LVS处理流程更少,效率更高,更适合大型企业集群使用,目前LVS已经成为Linux官方标准内核模块的一部分。

LVS工作过程如下所示,客户端连接LVS,发送请求,LVS通过下发请求给不同的服务器,实现负载均衡。

LVS又称LVS Director,因此根据上图实例不同,在LVS中,包含以下术语:CIP(Client IP)、DIP(Director IP)、RIP(Real Server IP)。

根据内部的实现原理,LVS包含多种模式:NAT模式、DR模式、TUN模式。

  1. NAT模式通过通过修改客户端入站目的地址为RIP将数据包传输至服务器,出站时LVS Director修改数据包地址为CIP将数据包传输至客户端。
  2. DR模式通过修改入站数据包的目的MAC地址,将数据包传输至服务器,出站时不经过LVS,数据包由服务器直接返回给客户端。
  3. TUN模式即隧道模式,指不修改数据包内容,而是为数据包封装包头(IP头)的方式转发数据,出入站路径和DR模式相同。

修改数据包的方法,主要是基于内核netfilter框架和iptables机制实现的。netfilter框架可以理解为内核处理数据包时,在IP层预留的几个数据快照点,如下图绿色节点所示。每一个快照点对应数据包在IP层的一个处理阶段,在数据包经过这些点时,可以通过注册HOOK函数对数据包进行操作。也可以通过iptables工具对数据包的行为进行自定义(丢弃、继续传输等)。

数据一定是经由上层传输的,例如通过http、TCP、UDP协议等下发至下层,TCP协议需要建立连接,netfitler实现TCP建连时有两种场景和方案:

  1. 实现客户端到服务器的透明传输(包含建连),通俗点讲,就是客户端的目的IP地址实际上还是RIP,但是LVS可以代替服务器做应答,并转发数据给服务器,该场景下TCP建连可以视作客户端直接到服务器的一次三次握手。这种场景显然不能达到负载均衡的目的,而是较为适合长时延端到端传输。
  2. 实现客户端请求向不同服务器转发,建连需要经历两个阶段:一是客户端和LVS建连、LVS再和服务器建连,可以理解为两个三次握手。显然这种场景可以实现LVS的负载均衡目的,但是建连过程变的复杂。

为解决建连复杂问题,目前LVS在客户端连接请求发起之前,就和服务器建立很多空连接(仅三次握手),对于数据库集群服务器,此时无法收到startuppackets报文,就会不断打印日志:

[BACKEND] WARNING:  could not receive data from client, remote nodename linux*****, detail:none.

[BACKEND] LOG:  incomplete startup packet

上述日志中,incomplete startup packet表明现象,could not receive data from client表明该现象的具体原因为没有收到数据。从PG官方论坛的讨论中,该日志是无害的。如果我们理解LVS和Gaussdb相关原理,就可以避免疑惑,少走弯路。


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