大流量、高負載LVS系統優化注意事項
編者按：本文對大流量、高負載LVS系統優化提供了參考意見，從IPVS、網卡、TCP/IP配置、硬件資源配置等方面進行了闡述。文章重點關注了IPVS connection hash table的參數計算過程。
Linux環境
CentOS 5.5
名詞
LVS : Linux Virtual Server
IPVS : IP Virtual Server，IPVS 是 LVS 實現的關鍵。
IPVS connection hash table : IPVS連接哈希表，用來“跟蹤”進來、出去的網絡包（for input and output packets lookups of IPVS)。
ip_vs_conn 結構體： 定義在內核檔 include/net/ip_vs.h 中。該結構體（對象）是 IPVS 的調度對象。在 32 位系統上 128字節，64位系統上 192 字節。
IPVS connection hash table
內核中的代碼：net/netfilter/ipvs/ip_vs_conn.c
int ip_vs_conn_tab_bits;
編譯時可以定，Kconfig文件中說明該值的大小應該在 8 到 20 之間。當ip_vs_conn_tab_bits=20 時，哈希表的的大小（條目）為 pow(2,20)，即 1048576，約 104 萬，足夠用了。
int ip_vs_conn_tab_size;
IPVS哈希連接表的條目數（list_head結構數）。
ip_vs_conn_tab_size = 1 << ip_vs_conn_tab_bits;
哈希表的大小（條目數）是 2 的 ip_vs_conn_tab_bits 次方。
ip_vs_conn_tab = vmalloc(ip_vs_conn_tab_size * sizeof(struct list_head));
其中 IPVS連接哈希表占用的內存大小是 ip_vs_conn_tab_size * sizeof(struct list_head)
內核Kconfig文件中說一個哈希條目點用8個字節，但是實示上，一個條目占用的內存大小是和 list_head 結構體的大小相關， （可能）在32位的內核里是8個字節，64位的內核里是16個字節。當加載ip_vs模塊的時候，使用dmesg可以看到具體的信息：
在32位系統上
IPVS: Registered protocols (TCP, UDP, AH, ESP)
IPVS: Connection hash table configured (size=4096, memory=32Kbytes)
IPVS: ipvs loaded.
在64位的系統上：
IPVS: Registered protocols (TCP, UDP, AH, ESP)
IPVS: Connection hash table configured (size=4096, memory=64Kbytes)
IPVS: ipvs loaded.
哈希沖突，是哈希算法的致命傷。“IPVS”使用“鏈表策略”(chaining scheme) 解決哈希沖突。當有大量的連接時，一個大的 “IPVS連接哈希表”將大大減少沖突。減少了沖突，意為著IPVS定位 ip_vs_conn 對象的速度更快。
下圖示意了哈希表（Hash Table）這種數據結構。引用
如上圖所示，首先分配一個指針數組，數組的每個元素是一個鏈表的頭指針，每個鏈表稱為一個槽（Slot）。哪個數據應該放入哪個槽中由哈希函數決定，在這個例子中我們簡單地選取哈希函數h(x) = x % 11，這樣任意數據x都可以映射成0~10之間的一個數，就是槽的編號，將數據放入某個槽的操作就是鏈表的插入操作。
如果每個槽里至多只有一個數據，可以想像這種情況下search、insert和delete操作的時間復雜度都是O(1)，但有時會有多個數據被哈希函數映射到同一個槽中，這稱為碰撞（Collision），設計一個好的哈希函數可以把數據比較均勻地分布到各個槽中，盡量避免碰撞。如果能把n個數據比較均勻地分布到m個槽中，每個糟里約有n/m個數據，則search、insert和delete和操作的時間復雜度都是O(n/m)，如果n和m的比是常數，則時間復雜度仍然是O(1)。一般來說，要處理的數據越多，構造哈希表時分配的槽也應該越多，所以n和m成正比這個假設是成立的。
關聯到IPVS，ip_vs_conn_tab_size 指的就是“槽”的數量。 N 指的應該是所有的調度對象 struct ip_vs_conn 的數量。
確定 ip_vs_conn_tab_bits 的***值：
假如你的 LVS 上每秒有 W 個“連接”建立， 平均每個“連接”將要保持 S 秒，即每個連接工作 S 秒，*** ip_vs_conn_tab_bits 值應該滿足 2 的 ip_vs_conn_tab_bits 次方靠近 W*S。***的 ip_vs_conn_tab_bits = log(W*S,2).
還有一個容易的方法：
使用 slabtop 觀察 ip_vs_conn 結構的數量（OBJS），當然，應該是在系統流量***的時候取得這個值，對該值求以 2為底 的對數，log(OBJS,2)。
獲取ip_vs_conn OBJS的值：awk ‘/ip_vs_conn/{print $3}’ /proc/slabinfo
這個***值，以我理解，就是上面 “哈希表”結構說明中提到的M值，而 OBJS 就是 N 值 ，當M接近 N的時候，哈希表的復制度為O(1)，為***狀態。
使我不解的是，這里為什么不設置的更大一些，僅僅是浪費一些內存而且（一個條目用去8或者16個字節）。即使取***值 20,在64位內核上，也才只占去16M的內存，在32位的內核上，占去8M內存。
IPVS的默認值是12，32位機用掉 32K，64位機用掉 64K內存。假如不是因為小內存容易使用CPU緩存，那么就一定是為了節省內存，在服務器上，這樣的策略，明顯落后了。
問題的關鍵是查明 vmalloc() 函數的作用。
vmalloc() 函數的作用：
申請邏輯地址連續的內存，返回首內存地址。
看來IPVS連接哈希表的大小，與使用的內存（是高速緩存，還是普通內存）并無影響。
調整 ip_vs_conn_tab_bits的方法：
新的IPVS代碼，允許調整 ip_vs_conn_bits 的值。而老的IPVS代碼則需要通過重新編譯來調整。
在發行版里，IPVS通常是以模塊的形式編譯的。
確認能否調整使用命令 modinfo -p ip_vs（查看 ip_vs 模塊的參數），看有沒有 conn_tab_bits 參數可用。假如可以用，那么說時可以調整，調整方法是加載時通過設置 conn_tab_bits參數：
在 /etc/modprobe.conf 添加下面一行
options ip_vs conn_tab_bits=20
假如沒有 conn_tab_bits 參數可用，則需要重新調整編譯選項，重新編譯。
很不幸，即使將CentOS內核升級到***版，也不支持這個參數，只能自定義編譯了（沒有編譯成功，很郁悶）。
另外，假如IPVS支持調整 ip_vs_conn_tab_bits，而又將IPVS集成進了內核，那么只能通過重啟，向內核傳遞參數來調整了。在引導程序的 kernel 相關的配置行上，添加：ip_vs.conn_tab_bits=20 ，然后，重啟。
最終建意：
增大哈希表，調到 ip_vs_conn_tab_bits 到 20 。有一種說法是哈希表過大，會影響性能。但是根據我對哈希算法的理解，這種說法沒有道理。
另一個有力的證據是，IPVS的作者也是這樣配置的。
Network
增加LVS主機的網絡吞吐能力，有利于提高LVS的處理速度和能力。
1. 使用更快的網卡，比如使用千兆、萬兆的網卡。
2. 可以進一步將兩塊或多塊網卡綁定（多塊網卡的綁定有待驗證），bonding 時 mode=0 （balance-rr）或者 mode=4（802.3ad，需要交換機支持聚合端口），miimon=80或者 miimon=100（毫秒）。
TCP/IP
/etc/sysctl.conf
net.core.netdev_max_backlog = 60000
Hardware
IPVS的運行，使用的服務器資源主要是 CPU、內存I/O、網絡I/O；IPVS完全運行在內存中，并且運行在內核態。
當IPVS的應用在DR模式時，即不耗CPU，也不耗I/O，運行非常快，所以系統負載非常的低，跟據我的經驗，一般負載總是0。所以 LVS 應用對服務器的配置要求非常低。以為 LVS 很重要，所以配置一個相當高端的服務器，實在是一種浪費。
其實我們可以做一下計算：
以64位系統為例，一個哈希表條目，16個字節，一個 ip_vs_conn 結構 192字節。以哈希表的沖突盡可能的少為場景（將 ip_vs_conn_tab_bits 設置為***值 20 ），那么：
pow(2,20)=1048576
pow(2,20)*(16+192)/1024/1024 = 208 M
就是說，當系統當前有100 萬連接的時候，才用去內存 208 M，所以 IPVS 的主機，即使是1G的內存，也足以承載負載。
原文：http://www.bsdmap.com/2010/10/17/lvs-performance/
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