什么是VPS，及它的技术原理

VPS（Virtual Private Server 虚拟专用服务器）技术，将一台服务器分割成多个虚拟专享服务器的优质服务。实现VPS的技术分为容器技术，和虚拟化技术 。在容器或虚拟机中，每个VPS都可选配独立公网IP地址、独立操作系统、实现不同VPS间磁盘空间、内存、CPU资源、进程和系统配置的隔离，为用户和应用程序模拟出“独占”使用计算资源的体验。VPS可以像独立服务器一样，重装操作系统，安装程序，单独重启服务器。VPS为使用者提供了管理配置的自由，可用于企业虚拟化，也可以用于IDC资源租用，具体可在阿里云了解。

IDC资源租用，由VPS提供商提供。不同VPS提供商所使用的硬件VPS软件的差异，及销售策略的不同，VPS的使用体验也有较大差异。尤其是VPS提供商超卖，导致实体服务器超负荷时，VPS性能将受到极大影响。相对来说，容器技术比虚拟机技术硬件使用效率更高，更易于超卖，所以一般来说容器VPS的价格都高于虚拟机VPS的价格。

这些VPS主机以最大化的效率共享硬件、软件许可证以及管理资源。每个VPS主机都可选配独立公网IP地址、独立操作系统、独立超大空间、独立内存、独立CPU资源、独立执行程序和独立系统配置等. VPS主机用户除了可以分配多个虚拟主机及无限企业邮箱外， 更具有独立主机功能, 可自行安装程序，单独重启或重装主机（部分虚拟化/容器技术不支持更换内核）。

简单理解VPS就是通过虚拟化技术隔离出来的系统。

这三个组成部分之间相互协调工作。虚拟主机中的服务器带有配备Intel VT或AMD-V辅助技术的处理机，虚拟主机使用这个服务器与虚拟机管理器进行交互。虚拟机管理器是软件中一个很小的层级，直接在处理机中体现出来。该软件在处理机中钩住线程，使得主机操作系统可以在单一物理处理机上运行来有效地管理多个虚拟机及多个虚拟操作系统。

LVS 是 Linux Virtual Server ：Linux 虚拟服务器；是一个虚拟的服务器集群【多台机器 LB IP】。

负载调度器(load balancer) ：它是整个LVS 集群对外的前端机器，负责将client请求发送到一组服务器[多台LB IP]上执行，而client端认为是返回来一个同一个IP【通常把这个IP 称为虚拟IP/VIP】

服务器池(server pool) ：一组真正执行client 请求的服务器，一般是我们的web服务器；除了web，还有FTP，MAIL，DNS

共享存储(shared stored) ：它为 server pool 提供了一个共享的存储区，很容易让服务器池拥有相同的内容，提供相同的服务

常用术语

VS：Virtual Server #虚拟服务，一个抽象的服务，用于最开始接收 web 请求的服务

Director, Balancer #负载均衡器、分发器

RS：Real Server # 真正提供服务的服务器

CIP: Client IP #用户端IP，发起请求的客户端 IP，一般是公网 IP

VIP：Director Virtual IP #负载均衡器虚拟IP

DIP：Director IP #负载均衡器IP

RIP：Real Server IP #真正提供 web 服务的服务器的 IP

（1）直接路由模式（LVS-DR）

互联网使用比较多的一种模式

DR模式是通过改写请求报文的目标MAC地址，将请求发给真实服务器的，而真实服务器响应后的处理结果直接返回给客户端用户。同TUN模式一样，DR模式可以极大的提高集群系统的伸缩性。而且DR模式没有IP隧道的开销，对集群中的真实服务器也没有必要必须支持IP隧道协议的要求。但是要求调度器LB与真实服务器RS都有一块网卡连接到同一物理网段上，必须在同一个局域网环境。

DR模式特点

优点：和TUN（隧道模式）一样，负载均衡器也只是分发请求，应答包通过单独的路由方法返回给客户端。与VS-TUN相比，VS-DR这种实现方式不需要隧道结构，因此可以使用大多数操作系统做为物理服务器。

缺点：（不能说缺点，只能说是不足）要求负载均衡器的网卡必须与物理网卡在一个物理段上。

（2）NAT模式（LVS-NAT）

NAT模式是通过网络地址转换的方法来实现调度的。首先调度器(LB)接收到客户的请求数据包时（请求的目的IP为VIP），根据调度算法决定将请求发送给哪个后端的真实服务器（RS）。然后调度就把客户端发送的请求数据包的目标IP地址及端口改成后端真实服务器的IP地址（RIP）,这样真实服务器（RS）就能够接收到客户的请求数据包了。真实服务器响应完请求后，查看默认路由（NAT模式下我们需要把RS的默认路由设置为LB服务器。）把响应后的数据包发送给LB,LB再接收到响应包后，把包的源地址改成虚拟地址（VIP）然后发送回给客户端。

NAT模式特点：

1、NAT技术将请求的报文和响应的报文都需要通过LB进行地址改写，因此网站访问量比较大的时候LB负载均衡调度器有比较大的瓶颈，一般要求最多之能10-20台节点

2、只需要在LB上配置一个公网IP地址就可以了。

3、每台内部的节点服务器的网关地址必须是调度器LB的内网地址。

4、NAT模式支持对IP地址和端口进行转换。即用户请求的端口和真实服务器的端口可以不一致。

（3）Full NAT模式（LVS-FullNAT）

客户端对VIP发起请求，Director接过请求发现是请求后端服务。Direcrot对请求报文做full-nat，把源ip改为Dip，把目标ip转换为任意后端RS的rip，然后发往后端，rs接到请求后，进行响应，响应源ip为Rip，目标ip还是DIP，又内部路由路由到Director,Director接到响应报文，进行full-nat。将源地址为VIP，目标地址改为CIP

请求使用DNAT，响应使用SNAT

Full NAT模式特点：

FULL NAT 模式也不需要 LBIP 和realserver ip 在同一个网段；

full nat 跟nat 相比的优点是：保证RS回包一定能够回到LVS；因为源地址就是LVS==>不确定

full nat 因为要更新sorce ip 所以性能正常比nat 模式下降 10%

(4）IP隧道模式（LVS-Tunnel）

采用NAT模式时，由于请求和响应的报文必须通过调度器地址重写，当客户请求越来越多时，调度器处理能力将成为瓶颈。为了解决这个问题，调度器把请求的报文通过IP隧道转发到真实的服务器。真实的服务器将响应处理后的数据直接返回给客户端。这样调度器就只处理请求入站报文，由于一般网络服务应答数据比请求报文大很多，采用VS/TUN模式后，集群系统的最大吞吐量可以提高10倍。

它和NAT模式不同的是，它在LB和RS之间的传输不用改写IP地址。而是把客户请求包封装在一个IP tunnel里面，然后发送给RS节点服务器，节点服务器接收到之后解开IP tunnel后，进行响应处理。并且直接把包通过自己的外网地址发送给客户不用经过LB服务器。

ip隧道模式特点：

负载均衡器只负责将请求包分发给后端节点服务器，而RS将应答包直接发给用户。所以，减少了负载均衡器的大量数据流动，负载均衡器不再是系统的瓶颈，就能处理很巨大的请求量，这种方式，一台负载均衡器能够为很多RS进行分发。而且跑在公网上就能进行不同地域的分发。

隧道模式的RS节点需要合法IP，这种方式需要所有的服务器支持”IP Tunneling”(IP Encapsulation)协议，服务器可能只局限在部分Linux系统上。

四种模式性能比较：

因为DR模式 IP TUNELL 模式都是在package in 时经过LVS ，在package out是直接返回给client，所以二者的性能比NAT 模式高，但IP TUNNEL 因为是TUNNEL 模式比较复杂，其性能不如DR模式；

FULL NAT 模式因为不仅要更换 DST IP 还更换 SOURCE IP 所以性能比NAT 下降10%

4种模式的性能如下：DR ==>IP TUNNEL ==>NAT ==>FULL NAT

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