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過調(diào)研一線互聯(lián)網(wǎng)大廠的招聘JD（字節(jié)跳動、美團、騰訊、網(wǎng)易、京東等），小編對標C站能力認證要求，為大家整理了系列技術(shù)干貨合集，助力小伙伴們順利進大廠~本篇為響應式設(shè)計、css動畫，核心能力點都會陸續(xù)更新中，歡迎大家關(guān)注csdn高校俱樂部。
在如今這個時間和知識都是碎片化的時代，C站根據(jù)C1-C4認證的成長路徑，進行知識細化整理，形成系統(tǒng)化的知識圖譜。
小編根據(jù)C4認證的成長路徑整理了前端的相關(guān)資源，從零基礎(chǔ)帶你進入前端的世界。
歡迎大家一起學習~
一、響應式設(shè)計(30篇)
【自適應響應式網(wǎng)頁設(shè)計（Responsive Web Design）】
【響應式網(wǎng)頁設(shè)計】
【響應式網(wǎng)頁設(shè)計實戰(zhàn)】
【什么是響應式網(wǎng)頁設(shè)計？】
【用3個步驟實現(xiàn)響應式網(wǎng)頁設(shè)計】
【網(wǎng)頁響應式設(shè)計】
【網(wǎng)頁設(shè)計之響應式布局】
【RWD----響應式網(wǎng)頁設(shè)計】
【基本響應式設(shè)計概念】
【響應式設(shè)計與自適應設(shè)計】
【基于Bootstrap的響應式網(wǎng)頁】
【W(wǎng)eb頁響應式設(shè)計的一些解決方案】
【響應式網(wǎng)頁與自適應網(wǎng)頁的區(qū)別】
【響應式網(wǎng)頁css代碼寫法】
【響應式設(shè)計】
【詳細解析網(wǎng)頁響應式設(shè)計的現(xiàn)狀和趨勢】
【響應式網(wǎng)頁設(shè)計示例】
【響應式設(shè)計介紹】
【響應式設(shè)計中的HTML5】
【響應式Web設(shè)計總結(jié)】
【web前端響應式設(shè)計總結(jié)】
【響應性設(shè)計】
【響應式網(wǎng)頁設(shè)計教程:展示響應式設(shè)計的基本原理】
【HTML+CSS十分鐘實現(xiàn)響應式布局頁面，響應式布局實戰(zhàn)教程】
【什么是響應式布局設(shè)計？】
【vue項目中頁面響應式布局設(shè)計方案】
【響應式頁面排版】
【vueweb端響應式布局_移動端和pc端，響應式設(shè)計布局】
【自適應網(wǎng)頁設(shè)計 or 響應式Web設(shè)計】
【響應式網(wǎng)頁開發(fā)注意事項】
二、CSS動畫（20篇）
【css 動畫】
【CSS動畫效果】
【超好看的css動畫特效實現(xiàn)】
【CSS動畫】
【9種常用CSS動畫】
【css動畫讓文字一行一行逐漸顯示】
【利用css3制作網(wǎng)頁動畫】
【用html和css制作網(wǎng)頁動畫(transform transition animation)】
【CSS3（三）Animation 入門詳解】
【css動畫-animation各個屬性詳解】
【css動畫及js動畫的區(qū)別】
【CSS動畫入門：一分鐘實現(xiàn)球體上下跳動動畫效果】
【CSS動畫案例-無縫滾動】
【css動畫與js動畫的區(qū)別】
【CSS3動畫教程--制作Css動畫的兩種方式】
【常見 CSS 動畫庫】
【css動畫和js動畫比較！】
【用css動畫效果做小熊奔跑】
【css動畫animation繪制向四周擴散的圓圈】
【css動畫效果，圖片旋轉(zhuǎn)】
小科普
CSDN軟件工程師能力認證（以下簡稱C系列認證）是由中國軟件開發(fā)者網(wǎng)CSDN制定并推出的一個能力認證標準。C系列認證歷經(jīng)近一年的實際線下調(diào)研、考察、迭代、測試，并梳理出軟件工程師開發(fā)過程中所需的各項技術(shù)技能，結(jié)合企業(yè)招聘需求和人才應聘痛點，基于公開、透明、公正的原則，甑別人才時確保真實業(yè)務(wù)場景、全部上機實操、所有過程留痕、存檔不可篡改。
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版權(quán)聲明：本文為CSDN博主「軟件工程師能力認證」的原創(chuàng)文章，遵循CC 4.0 BY-SA版權(quán)協(xié)議，轉(zhuǎn)載請附上原文出處鏈接及本聲明。
近大家刷抖音，是否有刷到拉斯維加斯的新地標 「Sphere」：
場館內(nèi)部的視覺效果非常驚人，其中一個效果讓我虎軀一震：
我的第一想法就是，這個看起來用 CSS 也可以實現(xiàn)嘛？還有 CSS 不能實現(xiàn)的？
本文，就將嘗試使用 CSS，大致還原這個效果。
其實，上述的動畫效果，本質(zhì)就是一個 3D 立方體。
同時，3D 立方體上每個面存在顏色不一樣的文字，文字和顏色都在隨機變化。
也就是說，我們需要實現(xiàn)一個 3D 立方體：
同時，我們還需要實現(xiàn)這樣一個動畫效果 -- 文字和顏色都在隨機變化的平面效果：
兩者組合一下，再挪動 3D 元素的景深距離，就能實現(xiàn)我們想要的效果！
好，下面我們一個一個實現(xiàn)。
實現(xiàn)一個 3D 立方體，相對另外一個文字和顏色都在隨機變化的平面效果而言，屬于非常非常簡單的一步了。
我們在非常多篇文章中也講過具體的實現(xiàn)方式：
最常見的 3D 圖形，莫過于一個 3D 立方體。
如果沒有上下兩個面，只是一個 4 個面的圖形，大概是這樣：
這樣一個圖形，利用 CSS 3D，如何快速實現(xiàn)呢？
首先，構(gòu)造這么一個結(jié)構(gòu)：
<div class="perspective">
<div class="container">
<div class="img">3</div>
<div class="img">D</div>
<div class="img">視</div>
<div class="img">圖</div>
</div>
</div>4 個面，就是最內(nèi)層的 4 個 .img，首先，需要給兩個父容器，設(shè)置 3D 的屬性：
.perspective {
perspective: 3000px;
}
.container {
width: 400px;
height: 400px;
transform-style: preserve-3d;
}簡單解釋一下：
接下來，就是最為核心的，如何設(shè)置 4 個 .img 元素的 3D 變換，使之形成 3D 立方體。
技巧就是：先旋轉(zhuǎn)，再位移。
這里給出一個俯視效果圖：
以上述 Demo 中的正方體為例子，class 為 .img 的 div 塊的高寬為 400px*400px。那么要利用 4 個 這樣的 div 拼接成一個正方體，需要分別將 4 個 div 繞 Y 軸旋轉(zhuǎn) [90°, 180°, 270°, 360°]，再 translateY(200px) 。
值得注意的是，一定是先旋轉(zhuǎn)角度，再偏移距離，這個順序很重要。
代碼如下：
.img {
position: absolute;
top: 0;
left: 0;
width: 400px;
height: 400px;
}
@for $i from 1 through $imgCount {
.img:nth-child(#{$i}) {
transform: rotateY(($i * 90deg)) translateZ(200px);
}
}效果如下：
此時，可能會覺得圖片太太太大了，此時，我們可以通過給中間層 .container 設(shè)置一個恰當?shù)?translateZ 進行視覺大小上的調(diào)節(jié)。
.container {
transform: translateZ(-3000px);
}這樣，就能得到恰當大小的立方體元素效果：
當然，對于我們這個效果，我們 5 要五個面（前后左右與上方即可），因此，我們基于上述的基礎(chǔ)知識鋪墊，重新實現(xiàn)一個我們需要的框架結(jié)構(gòu)：
<div class="perspective">
<div class="container">
<div class="g-panel"></div>
<div class="g-panel"></div>
<div class="g-panel"></div>
<div class="g-panel"></div>
<div class="g-panel"></div>
</div>
</div>并且，我們希望我們的圖形是一個立方體，只需要稍微改造長寬和 translateZ() 的即可。這樣，我們就能得到一個前后左右與上方 5 個面的立方體元素。
示意效果如下：
OK，立方體我們先放在一邊。
接下來，我們嘗試來實現(xiàn)這個效果：
這個效果如果一個文字用一個 DIV 承載實現(xiàn)，那是非常容易的，但是這樣勢必會造成元素過多，再設(shè)置動畫效果，則會導致頁面太為卡頓。
所以，我們需要另辟蹊徑。這里，我們可以使用多層漸變配合 background-clip: text。
首先，我們利用等寬字體，隨機實現(xiàn)一列文字：
<div>ABCDEFGHIJKLMN</div>div {
font-family: monospace;
text-align: center;
font-size: 25px;
width: 25px;
line-height: 25px;
color: #fff;
}效果大致如下：
此時，如果我們再利用線性漸變，給每個字符的對應空間（也就 25px x 25px），設(shè)置上不同的顏色，大概是這樣：
@function randomLinear($count) {
$value: '';
@for $i from 0 through ($count - 1) {
$value: $value + randomColor() + string.unquote(" 0 #{$i * 25}px,");
}
@return linear-gradient(string.unquote(#{$value}) randomColor() 0 100%);
}
@function randomColor() {
@return rgb(randomNum(255), randomNum(255), randomNum(255));
}
div {
// ...
background: randomLinear(14);
}其中，randomLinear(14) 是一個 SASS 函數(shù)，參數(shù) 14 表示生成 14 層線性漸變，每一個文字區(qū)域的顏色都是隨機的，經(jīng)過編譯后的其中一種結(jié)果如下：
div {
// ...
background: linear-gradient(#feea96 0 25px, #edde42 0 50px, #e2344a 0 75px, #cdab7e 0 100px, #e16c8b 0 125px, #dcdc7d 0 150px, #dcb42a 0 175px, #d6a587 0 200px, #984f71 0 225px, #221e34 0 250px, #5e9a69 0 275px, #a955e4 0 300px, #4e908f 0 325px, #8d177e 0 350px);
}上面，我們按照每間隔 25px 的高度，利用線性漸變隨機設(shè)置了一種顏色，最終，能夠得到這么個效果：
此時，我們只需要再設(shè)置 background-clip: text，配合透明文字顏色 color: transparent，就可以實現(xiàn)單個 div 內(nèi)，單列文字，每個字體的顏色都是不一樣的：
div {
// ...
background: randomLinear(14);
background-clip: text;
color: transparent;
}此時，效果如下：
當然，文字顏色可以隨機，那么文字本身也應該隨機。這個不難，我們也可以借助 SASS 函數(shù)，編寫一個隨機字符的函數(shù)，通過元素的偽元素 content 進行設(shè)置。
那么此時，完整的代碼可能是這樣的：
<div></div>$str: 'QWERTYUIOPASDFGHJKLZXCVBNMabcdefghigklmnopqrstuvwxyz123456789';
$length: str-length($str);
@function randomLinear($count) {
$value: '';
@for $i from 0 through ($count - 1) {
$value: $value + randomColor() + string.unquote(" 0 #{$i * 25}px,");
}
@return linear-gradient(string.unquote(#{$value}) randomColor() 0 100%);
}
@function randomColor() {
@return rgb(randomNum(255), randomNum(255), randomNum(255));
}
@function randomChar() {
$r: random($length);
@return str-slice($str, $r, $r);
}
@function randomChars($number) {
$value: '';
@if $number > 0 {
@for $i from 1 through $number {
$value: $value + randomChar();
}
}
@return $value;
}
div {
position: relative;
width: 25px;
height: 350px;
&::before {
content: randomChars(14);
position: absolute;
font-family: monospace;
background: randomLinear(14);
background-clip: text;
color: transparent;
text-align: center;
font-size: 25px;
width: 25px;
line-height: 25px;
}
}這樣，每次 div 內(nèi)的文字，都是從上面 SASS 函數(shù)中 $str 變量中隨機取的：
接下來，我們需要實現(xiàn)文字的隨機跳變，也很好做，我們需要在一開始，隨機生成多個不同的 content，然后，借助 CSS 動畫，進行切換。
div {
&::before {
content: randomChars(14);
--content1: "#{randomChars(14)}";
--content2: "#{randomChars(14)}";
--content3: "#{randomChars(14)}";
--content4: "#{randomChars(14)}";
animation: contentChange 1s infinite;
}
}
@keyframes contentChange {
20% {
content: var(--content1);
}
40% {
content: var(--content2);
}
60% {
content: var(--content3);
}
80% {
content: var(--content4);
}
}這里，我們一次生成了 5 個 content，其中 4 個用 CSS 變量保存了起來，隨后，在 CSS 動畫中，利用提前生成好的 content，進行字符內(nèi)容的替換，此時，整個效果如下：
隨機內(nèi)容有了，單個字體顏色不一樣有了，就差顏色的隨機跳變動畫了，這個也非常好做，我們在多篇文章也提及過，利用 filter: hue-rotate() 可以快速實現(xiàn)內(nèi)容的顏色切換。
div {
animation: colorChange 1s steps(12) infinite;
}
@keyframes colorChange {
100% {
filter: hue-rotate(360deg);
}
}我們利用了 filter: hue-rotate() 加上了步驟動畫（steps），成功的實現(xiàn)了顏色的跳變！效果如下：
當然，我們最終要實現(xiàn)的是整個面隨機顏色加上隨機文字的跳變動畫，只需要在上述的基礎(chǔ)上，利用 SASS 函數(shù)，循環(huán)重復多列操作即可。基于上述所有內(nèi)容的鋪墊，我們最終的單個面下的動畫效果代碼如下：
<div class="g-container">
<div></div>
// ... 一個 32 個子 div
<div></div>
</div>@use "sass:string";
$str: 'QWERTYUIOPASDFGHJKLZXCVBNMabcdefghigklmnopqrstuvwxyz123456789';
$length: str-length($str);
$size: 25;
$count: 41;
@function randomNum($max, $min: 0, $u: 1) {
@return ($min + random($max)) * $u;
}
@function randomLinear($count) {
$value: '';
@for $i from 0 through ($count - 1) {
$value: $value + randomColor() + string.unquote(" 0 #{$i * 25}px,");
}
@return linear-gradient(string.unquote(#{$value}) randomColor() 0 100%);
}
@function randomColor() {
@return rgb(randomNum(255), randomNum(255), randomNum(255));
}
@function randomChar() {
$r: random($length);
@return str-slice($str, $r, $r);
}
@function randomChars($number) {
$value: '';
@if $number > 0 {
@for $i from 1 through $number {
$value: $value + randomChar();
}
}
@return $value;
}
body,
html {
width: 100%;
height: 100%;
background: #000;
font-family: monospace;
}
.g-container {
position: relative;
width: 800px;
height: 800px;
display: flex;
animation: colorChange 1s steps(12) infinite;
div {
position: relative;
width: #{$size}px;
height: 800px;
flex-shrink: 0;
&::before {
position: absolute;
inset: 0;
text-align: center;
font-size: #{$size}px;
width: #{$size}px;
text-align: center;
line-height: #{$size}px;
color: transparent;
}
}
@for $i from 1 to $count {
div:nth-child(#{$i}) {
&::before {
content: randomChars(32);
--content1: "#{randomChars(32)}";
--content2: "#{randomChars(32)}";
--content3: "#{randomChars(32)}";
--content4: "#{randomChars(32)}";
animation: contentChange 1s infinite;
background: randomLinear(32);
background-clip: text;
}
}
}
}
@keyframes colorChange {
100% {
filter: hue-rotate(360deg);
}
}
@keyframes contentChange {
20% {
content: var(--content1);
}
40% {
content: var(--content2);
}
60% {
content: var(--content3);
}
80% {
content: var(--content4);
}
}這樣，我們就成功的實現(xiàn)了單個平面下的，顏色隨機，文字隨機，且不斷變化的動畫效果：
有了上面的立方體和單個平面的效果，要實現(xiàn)立體效果就不難了。我們嘗試將兩者結(jié)合起來。
改造原有的立方體結(jié)構(gòu)，大致改成如下形式：
.perspective
.container
.g-panel
-for(var i=0; i<32; i++)
div
.g-panel
-for(var i=0; i<32; i++)
div
.g-panel
-for(var i=0; i<32; i++)
div
.g-panel
-for(var i=0; i<32; i++)
div
.g-panel
-for(var i=0; i<32; i++)
div上面采用了 PUG 模板引擎來簡化代碼，編譯后的效果如下：
<div class="perspective">
<div class="container">
<div class="g-panel">
<div></div>
// ... 32 個
<div></div>
<div class="g-panel">
<div></div>
// ... 32 個
<div></div>
<div class="g-panel">
<div></div>
// ... 32 個
<div></div>
<div class="g-panel">
<div></div>
// ... 32 個
<div></div>
<div class="g-panel">
<div></div>
// ... 32 個
<div></div>
</div>
</div>這里，我們只需要實現(xiàn) 5 個面的立方體即可（前后左右以及上方）。
每個 .g-panel，實現(xiàn)一個我們上面鋪墊的單面文字跳變效果，這樣，我們就能得到這么一個立體的 3D 立方體動畫效果：
接下來，我們只需要稍加調(diào)試，通過控制 perspective 和 transform: translateZ() 控制視覺上的縱深，將畫面的視角放置于整個立方體之中，即可得到這么個效果：
好，最后，我們模擬文章開頭拉斯維加斯球的效果，讓頂部的平面，向下運動，實現(xiàn)一種天花板往下掉的動畫效果，最終，我們即可使用純 CSS，大致模擬出整個效果：
由于 GIF 錄制問題，實際效果會比 GIF 展示效果更為震撼。
今，在各種互聯(lián)網(wǎng)應用中，隨著站點對硬件性能、響應速度、服務(wù)穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)可靠性等要求也越來越高，單臺服務(wù)器也將難以無法承擔所有的訪問需求。
圖片來自 Pexels
當然了，除了使用性價比高的設(shè)備和專用負載分流設(shè)備外，還有一些其他選擇來幫你解決此問題，就是搭建集群服務(wù)器通過整合多臺普通的服務(wù)器設(shè)備并以同一個地址對外提供相同的服務(wù)。
今天就帶大家學習企業(yè)中常用的一種群集技術(shù) LVS：
什么是 LVS?
LVS 是 Linux Virtual Server 的簡寫，也就是 Linux 虛擬服務(wù)器，是一個虛擬的服務(wù)器集群系統(tǒng)，本項目在 1998 年 5 月由章文嵩博士成立，是中國國內(nèi)最早出現(xiàn)的自由軟件項目之一。
官方網(wǎng)站：http://www.linuxvirtualserver.org，LVS 實際上相當于基于 IP 地址的虛擬化應用，為基于 IP 地址和內(nèi)容請求分發(fā)的負載均衡提出了高效的解決方法，現(xiàn)在 LVS 已經(jīng)是 Linux 內(nèi)核標準的一部分。
使用 LVS 可以達到的技術(shù)目標是：通過 LVS 達到的負載均衡技術(shù)和 Linux 操作系統(tǒng)實現(xiàn)一個高性能高可用的 Linux 服務(wù)器集群，具有良好的可靠性、可擴展性和可操作性，從而以低廉的成本實現(xiàn)最優(yōu)的性能。
LVS 是一個實現(xiàn)負載均衡集群的開源軟件項目，LVS 架構(gòu)從邏輯上可分為調(diào)度層、Server 集群層和共享存儲層。
為什么要用 LVS?
那為什么還需要用 LVS 呢?隨著 Internet 的爆炸性增長以及日常生活中的日益重要的作用，Internet 上的流量速度增長，以每年 100% 以上的速度增長。
服務(wù)器上的工作負載壓力也迅速增加，因此服務(wù)器在短時間內(nèi)將會過載，尤其是對于受歡迎的網(wǎng)站而言。
為了克服服務(wù)器的過載壓力問題，有兩種解決方案：
構(gòu)建服務(wù)器集群的方法如下：
基于 DNS 的負載均衡集群：DNS 負載均衡可能是構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)服務(wù)群集的最簡單方法。
使用域名系統(tǒng)通過將域名解析為服務(wù)器的不同 IP 地址來將請求分發(fā)到不同的服務(wù)器。
當 DNS 請求到達 DNS 服務(wù)器以解析域名時，DNS 服務(wù)器將基于調(diào)度策略發(fā)出服務(wù)器 IP 地址之一，然后來自客戶端的請求使用相同的本地緩存名稱服務(wù)器將在指定的名稱解析生存時間(TTL)中發(fā)送到同一服務(wù)器。
但是，由于客戶端和分層 DNS 系統(tǒng)的緩存特性，很容易導致服務(wù)器之間的動態(tài)負載不平衡，因此服務(wù)器很難處理其峰值負載。在 DNS 服務(wù)器上不能很好地選擇名稱映射的 TTL 值。
如果值較小，DNS 流量很高，而 DNS 服務(wù)器將成為瓶頸;如果值較大，則動態(tài)負載不平衡將變得更糟。
即使 TTL 值設(shè)置為零，調(diào)度粒度也是針對每個主機的，不同用戶的訪問模式可能會導致動態(tài)負載不平衡，因為有些人可能從站點中拉出很多頁面，而另一些人可能只瀏覽了幾頁然后轉(zhuǎn)到遠。
而且，它不是那么可靠，當服務(wù)器節(jié)點發(fā)生故障時，將名稱映射到 IP 地址的客戶端會發(fā)現(xiàn)服務(wù)器已關(guān)閉。
基于分派器的負載平衡集群：分派器，也稱為負載平衡器，可用于在群集中的服務(wù)器之間分配負載，以便服務(wù)器的并行服務(wù)可以在單個 IP 地址上顯示為虛擬服務(wù)，并且最終用戶可以像單個服務(wù)器一樣進行交互不知道群集中的所有服務(wù)器。
與基于 DNS 的負載平衡相比，調(diào)度程序可以按精細的粒度(例如每個連接)調(diào)度請求，以實現(xiàn)服務(wù)器之間的更好負載平衡。一臺或多臺服務(wù)器發(fā)生故障時，可以掩蓋故障。
服務(wù)器管理變得越來越容易，管理員可以隨時使一臺或多臺服務(wù)器投入使用或退出服務(wù)，而這不會中斷最終用戶的服務(wù)。
負載均衡可以分為兩個級別，即應用程序級別和 IP 級別。例如，反向代理和 pWEB是用于構(gòu)建可伸縮 Web 服務(wù)器的應用程序級負載平衡方法。
他們將 HTTP 請求轉(zhuǎn)發(fā)到群集中的其他 Web 服務(wù)器，獲取結(jié)果，然后將其返回給客戶端。
由于在應用程序級別處理 HTTP 請求和答復的開銷很高，我相信當服務(wù)器節(jié)點數(shù)增加到 5 個或更多時，應用程序級別的負載均衡器將成為新的瓶頸，這取決于每個服務(wù)器的吞吐量服務(wù)器。
LVS 與 Nginx 功能對比如下：
LVS 的組成及作用
LVS 由兩部分程序組成：
作用如下：
負載均衡的由來及所帶來的好處
在業(yè)務(wù)剛起步時，一般先使用單臺服務(wù)器對外進行提供服務(wù)。隨著后期的業(yè)務(wù)增長，流量也越來越大。
當這單臺服務(wù)器的訪問量越大時，服務(wù)器所承受的壓力也就越大，性能也將無法滿足業(yè)務(wù)需求，超出自身所指定的訪問壓力就會崩掉，避免發(fā)生此類事情的發(fā)生。
我們將采取其他方案，將多臺服務(wù)器組成集群系統(tǒng)從而來提高整體服務(wù)器的處理性能，使用統(tǒng)一入口(流量調(diào)度器)的方式通過均衡的算法進行對外提供服務(wù)，將用戶大量的請求均衡地分發(fā)到后端集群不同的服務(wù)器上。
因此也就有了負載均衡來分擔服務(wù)器的壓力。使用負載均衡給我們所帶來的好處：提高系統(tǒng)的整體性能、提高系統(tǒng)的擴展性、提高系統(tǒng)的高可用性。
LVS 負載均衡集群的類型
負載均衡群集：Load Balance Cluster，以提高應用系統(tǒng)的響應能力，盡可能處理更多的訪問請求、減少延遲為目標，從而獲得高并發(fā)、高負載的整體性能。
高可用群集：High Availability Cluster，以提高應用系統(tǒng)的可靠性，盡可能的減少終端時間為目標、確保服務(wù)的連續(xù)性，達到高可用的容錯效果。
高性能運算群集：High Performance Computer Cluster，以提高應用系統(tǒng)的 CPU 運算速度、擴展硬件資源和分析能力為目標、從而獲得相當于大型、超級計算機的高性能計算能力。
DNS/軟硬件負載均衡的類型
①DNS 實現(xiàn)負載均衡
一個域名通過 DNS 解析到多個 IP，每個 IP 對應不同的服務(wù)器實例，就完成了流量的調(diào)度，這也是 DNS 實現(xiàn)負載均衡是最簡單的方式。
使用該方式最大的優(yōu)點：實現(xiàn)簡單，成本低，無需自己開發(fā)或維護負載均衡設(shè)備。
不過存在一些缺點：服務(wù)器故障切換延遲大，升級不方便、流量調(diào)度不均衡，粒度大、流量分配策略較簡單，支持的算法較少、DNS 所支持的 IP 列表有限制要求。
②硬件負載均衡
硬件負載均衡是通過專門的硬件設(shè)備從而來實現(xiàn)負載均衡功能，比如：交換機、路由器就是一個負載均衡專用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。
目前典型的硬件負載均衡設(shè)備有兩款：F5 和 A10。不過話說，能用上這種硬件負載均衡設(shè)備的企業(yè)都不是一般的公司，反而普通業(yè)務(wù)量級小的其他企業(yè)基本用不到。
硬件負載均衡的優(yōu)點：
硬件負載均衡的缺點：
③軟件負載均衡
軟件負載均衡有如下幾種：
軟件負載均衡的優(yōu)點：簡單、靈活、便宜(直接在 Linux 操作系統(tǒng)上安裝上述所使用的軟件負載均衡，部署及維護較簡單，4 層 和 7 層負載均衡可根據(jù)業(yè)務(wù)進行選擇也可根據(jù)業(yè)務(wù)特點，比較方便進行擴展及定制功能)。
LVS 集群的通用體系結(jié)構(gòu)
第一層：負載調(diào)度器：Load Balancer，它是訪問整個群集系統(tǒng)的唯一入口，對外使用所有服務(wù)器共有的虛擬 IP 地址，也成為群集 IP 地址。
負載均衡器：是服務(wù)器群集系統(tǒng)的單個入口點，可運行 IPVS，該 IPVS 在 Linux 內(nèi)核或 KTCPVS 內(nèi)部實現(xiàn) IP 負載均衡技術(shù)，在 Linux 內(nèi)核中實現(xiàn)應用程序級負載平衡。
使用 IPVS 時，要求所有服務(wù)器提供相同的服務(wù)和內(nèi)容，負載均衡器根據(jù)指定的調(diào)度算法和每個服務(wù)器的負載將新的客戶端請求轉(zhuǎn)發(fā)到服務(wù)器。無論選擇哪個服務(wù)器，客戶端都應獲得相同的結(jié)果。
使用 KTCPVS 時，服務(wù)器可以具有不同的內(nèi)容，負載均衡器可以根據(jù)請求的內(nèi)容將請求轉(zhuǎn)發(fā)到其他服務(wù)器。
由于 KTCPVS 是在 Linux 內(nèi)核內(nèi)部實現(xiàn)的，因此中繼數(shù)據(jù)的開銷很小，因此仍可以具有較高的吞吐量。
第二層：服務(wù)器池 Server Pool，群集所提供的應用服務(wù)，比如：HTTP、FTP 服務(wù)器池來承擔，每個節(jié)點具有獨立的真實 IP 地址，只處理調(diào)度器分發(fā)過來的客戶機請求。
服務(wù)器群集的節(jié)點可根據(jù)系統(tǒng)所承受的負載進行分擔。當所有服務(wù)器過載時，可添加多臺服務(wù)器來處理不斷增加的工作負載。
對于大多數(shù) Internet 服務(wù)(例如Web)，請求通常沒有高度關(guān)聯(lián)，并且可以在不同服務(wù)器上并行運行。因此，隨著服務(wù)器群集的節(jié)點數(shù)增加，整體性能幾乎可以線性擴展。
第三層：共享存儲 Shared Storage，為服務(wù)器池中的所有節(jié)點提供穩(wěn)定、一致的文件存儲服務(wù)，確保整個群集的統(tǒng)一性，可使用 NAS 設(shè)備或提供 NFS (Network File System)網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)共享服務(wù)的專用服務(wù)器。
共享存儲：可以是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)或分布式文件系統(tǒng)。服務(wù)器節(jié)點需要動態(tài)更新的數(shù)據(jù)應存儲在基于數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中，當服務(wù)器節(jié)點并行在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中讀寫數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以保證并發(fā)數(shù)據(jù)訪問的一致性。
靜態(tài)數(shù)據(jù)通常保存在網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)(例如 NFS 和 CIFS)中，以便可以由所有服務(wù)器節(jié)點共享數(shù)據(jù)。
但是，單個網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)的可伸縮性受到限制，例如，單個 NFS / CIFS 只能支持 4 到 8 個服務(wù)器的數(shù)據(jù)訪問。
對于大型集群系統(tǒng)，分布式/集群文件系統(tǒng)可以用于共享存儲，例如 GPFS，Coda 和 GFS，然后共享存儲也可以根據(jù)系統(tǒng)需求進行擴展。
LVS 負載均衡的基本原理
Netfilter 的基本原理
在介紹 LVS 負載均衡基本原理之前，先說一下 Netfilter 的基本原理。因為 LVS 是基于 Linux 內(nèi)核中 Netfilter 框架實現(xiàn)的負載均衡系統(tǒng)。
Netfilter 其實很復雜也很重要，平時說的 Linux 防火墻就是 Netfilter，不過我們操作的還是 iptables，iptables 和 Netfilter 是 Linux 防火墻組合工具，是一起來完成系統(tǒng)防護工作的。
iptables 是位于用戶空間，而 Netfilter 是位于內(nèi)核空間。iptables 只是用戶空間編寫和傳遞規(guī)則的工具而已，真正工作的還是 Netfilter。
兩者間的區(qū)別：Netfilter 是內(nèi)核態(tài)的 Linux 防火墻機制，它作為一個通用、抽象的框架，提供了一整套的 hook 函數(shù)管理機制，提供數(shù)據(jù)包過濾、網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換、基于協(xié)議類型的連接跟蹤的功能，可在數(shù)據(jù)包流經(jīng)過程中，根據(jù)規(guī)則設(shè)置若干個關(guān)卡(hook 函數(shù))來執(zhí)行相關(guān)操作。
它共設(shè)置了 5 個點，包括：
iptable 是用戶層的工具，提供命令行接口，能夠向 Netfilter 中添加規(guī)則策略，從而實現(xiàn)報文過濾，修改等功能。
通過下圖我們可以來了解下 Netfilter 的工作機制：
當數(shù)據(jù)包通過網(wǎng)絡(luò)接口進入時，經(jīng)過鏈路層之后進入網(wǎng)絡(luò)層到達PREROUTING，然后根據(jù)目標 IP 地址進行查找路由。
如目標 IP 是本機，數(shù)據(jù)包會傳到 INPUT 上，經(jīng)過協(xié)議棧后根據(jù)端口將數(shù)據(jù)送到相應的應用程序;應用程序?qū)⒄埱筇幚砗蟀秧憫獢?shù)據(jù)包發(fā)送至 OUTPUT 里，最終通過 POSTROUTING 后發(fā)送出網(wǎng)絡(luò)接口。
如目標 IP 不是本機，并且服務(wù)器開啟了 FORWARD 參數(shù)，這時會將數(shù)據(jù)包遞送給 FORWARD，最后通過 POSTROUTING 后發(fā)送出網(wǎng)絡(luò)接口。
LVS 的基本原理
LVS 基于 Netfilter 框架，工作在 INPUT 鏈上，在 INPUT 鏈上注冊 ip_vs_in HOOK 函數(shù)，進行 IPVS 相關(guān)主流程。
詳細原理概述如下：
①當客戶端用戶訪問 www.baidu.com 網(wǎng)站時，用戶訪問請求通過層層網(wǎng)絡(luò)，最終通過交換機進入 LVS 服務(wù)器網(wǎng)卡進入內(nèi)核空間層。
②進入 PREROUTING 后通過查找路由，確定訪問目的 VIP 是本機 IP 地址的話，數(shù)據(jù)包將進入 INPUT 鏈中。
③因為 IPVS 工作在 INPUT 鏈上，會根據(jù)訪問的 VIP 和端口判斷請求是否為 IPVS 服務(wù)，是的情況下，則調(diào)用注冊的 IPVS HOOK 函數(shù)，進行 IPVS 相關(guān)流程，并強制修改數(shù)據(jù)包的相關(guān)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)包發(fā)往 POSTROUTING 鏈中。
④POSTROUTING 鏈收到數(shù)據(jù)包后，將根據(jù)目標 IP 地址服務(wù)器，通過路由選路，將數(shù)據(jù)包最終發(fā)送至后端真實服務(wù)器中。
上面就是我們所介紹的 LVS 的工作原理，那么 LVS 負載均衡還包括三種工作模式，且每種模式工作原理都有所不同，適用于不同應用場景，其最終目的都是能實現(xiàn)均衡的流量調(diào)度和良好的擴展性。
LVS 負載均衡的三種工作模式
群集的負載調(diào)度技術(shù)，可基于 IP、端口、內(nèi)容等進行分發(fā)，其中基于 IP 的負載均衡是效率最高的。
基于 IP 的負載均衡模式，常見的有地址轉(zhuǎn)換(NAT)、IP 隧道(TUN)和直接路由(DR)三種工作模式。
NAT 模式
地址轉(zhuǎn)換：Network Address Translation，簡稱：NAT 模式，類似于防火墻的私有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，負載調(diào)度器作為所有服務(wù)器節(jié)點的網(wǎng)關(guān)，作為客戶機的訪問入口，也是各節(jié)點回應客戶機的訪問出口，服務(wù)器節(jié)點使用私有 IP 地址，與負載調(diào)度器位于同一個物理網(wǎng)絡(luò)，安全性要優(yōu)于其他兩種方式。
NAT 實現(xiàn)原理過程如下：
①客戶端發(fā)出的請求數(shù)據(jù)包經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)到達 LVS 網(wǎng)卡，數(shù)據(jù)包源 IP 為 CIP，目的 IP 為 VIP。
②然后進入 PREROUTING 鏈中，根據(jù)目的 IP 查找路由，確定是否為本機 IP 地址，隨后將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)至 INPUT 鏈中，源 IP 和 目的 IP 不變。
③到達 LVS 后，通過目的 IP 和目的 PORT 查找是否為 IPVS 服務(wù)，如是 IPVS 服務(wù)，將會選擇一個 RS 來作為后端服務(wù)器，數(shù)據(jù)包的目的 IP 地址將會修改為 RIP，這時并以 RIP 為目的 IP 去查找路由，確定下一跳及 PORT 信息后，數(shù)據(jù)包將會轉(zhuǎn)發(fā)至 OUTPUT 鏈中。
④被修改過的數(shù)據(jù)包經(jīng)過 POSTROUTING 鏈后，到達 RS 服務(wù)器，數(shù)據(jù)包源 IP 為 CIP，目的 IP 為 RIP。
⑤RS 服務(wù)器經(jīng)過處理后，將會把數(shù)據(jù)包發(fā)送至用戶空間的應用程序，待處理完成后，發(fā)送響應數(shù)據(jù)包，RS 服務(wù)器的默認網(wǎng)關(guān)為 LVS 的 IP，應用程序?qū)褦?shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)至下一跳 LVS 服務(wù)器，數(shù)據(jù)包源 IP 為 RIP，目的 IP 為 CIP。
⑥LVS 服務(wù)器收到 RS 服務(wù)器響應的數(shù)據(jù)包后，查找路由，目的 IP 不是本機 IP并且 LVS 服務(wù)器開啟了 FORWARD 模式，會將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給它，數(shù)據(jù)包不變。
⑦LVS 服務(wù)器收到響應數(shù)據(jù)包后，根據(jù)目的 IP 和 目的 PORT 查找相應的服務(wù)，這時，源 IP 為 VIP，通過查找路由，確定下一跳信息并將數(shù)據(jù)包發(fā)送至網(wǎng)關(guān)，最終回應給客戶端用戶。
NAT 模式的優(yōu)點：
NAT 模式的缺點：
NAT 模式的使用場景：對 Windows 操作系統(tǒng)的用戶比較友好，使用 LVS ，必須選擇 NAT 模式。
TUN 模式
IP 隧道：IP Tunnel，簡稱：TUN 模式，采用開放式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，負載調(diào)度器作為客戶機的訪問入口，各節(jié)點通過各自的 Internet 連接直接回應給客戶機，而不經(jīng)過負載調(diào)度器，服務(wù)器節(jié)點分散在互聯(lián)網(wǎng)中的不同位置，有獨立的公網(wǎng) IP 地址，通過專用 IP 隧道與負載調(diào)度器相互通信。
TUN 實現(xiàn)原理過程如下：
①客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)包經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)后到 LVS 網(wǎng)卡，數(shù)據(jù)包源 IP 為 CIP，目的 IP 為 VIP。
②進入 PREROUTING 鏈后，會根據(jù)目的 IP 去查找路由，確定是否為本機 IP，數(shù)據(jù)包將轉(zhuǎn)發(fā)至 INPUT 鏈中，到 LVS，源 IP 和 目的 IP 不變。
③到 LVS 后，通過目的 IP 和目的 PORT 查找是否為 IPVS 服務(wù)，如是 IPVS 服務(wù)，將會選擇一個 RS 后端服務(wù)器， 源 IP 為 DIP，目標 IP 為 RIP，數(shù)據(jù)包將會轉(zhuǎn)發(fā)至 OUTPUT 鏈中。
④數(shù)據(jù)包根據(jù)路由信息到達 LVS 網(wǎng)卡，發(fā)送至路由器網(wǎng)關(guān)，最終到達后端服務(wù)器。
⑤后端服務(wù)器收到數(shù)據(jù)包后，會拆掉最外層的 IP 地址后，會發(fā)現(xiàn)還有一層 IP 首部，源 IP 為 CIP，目的 IP 為 VIP，TUNL0 上配置 VIP，查找路由后判斷為本機 IP 地址，將會發(fā)給用戶空間層的應用程序響應后 VIP 為源 IP，CIP 為目的 IP 數(shù)據(jù)包發(fā)送至網(wǎng)卡，最終返回至客戶端用戶。
TUN 模式的優(yōu)點：
TUN 模式的缺點：
TUN 模式的使用場景：如對轉(zhuǎn)發(fā)性要求較高且具有跨機房需求的，可選擇 TUN 模式。
DR 模式
直接路由：Direct Routing，簡稱 DR 模式，采用半開放式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，與 TUN 模式的結(jié)構(gòu)類似，但各節(jié)點并不是分散在各個地方，而是與調(diào)度器位于同一個物理網(wǎng)絡(luò)，負載調(diào)度器與各節(jié)點服務(wù)器通過本地網(wǎng)絡(luò)連接，不需要建立專用的 IP 隧道。它是最常用的工作模式，因為它的功能性強大。
DR 實現(xiàn)原理過程如下：
①當客戶端用戶發(fā)送請求給 www.baidu.com 網(wǎng)站時，首先經(jīng)過 DNS 解析到 IP 后并向百度服務(wù)器發(fā)送請求，數(shù)據(jù)包經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)到百度 LVS 負載均衡服務(wù)器。
這時到達 LVS 網(wǎng)卡時的數(shù)據(jù)包包括：源 IP 地址(客戶端地址)、目的 IP 地址(百度對外服務(wù)器 IP 地址，也就是 VIP)、源 MAC 地址(CMAC / LVS 連接路由器的 MAC 地址)、目標 MAC 地址(VMAC / VIP 對應的 MAC 地址)。
②數(shù)據(jù)包到達網(wǎng)卡后，經(jīng)過鏈路層到達 PREROUTING 鏈，進行查找路由，發(fā)現(xiàn)目的 IP 是 LVS 的 VIP，這時就會發(fā)送至 INPUT 鏈中并且數(shù)據(jù)包的 IP 地址、MAC 地址、Port 都未經(jīng)過修改。
③數(shù)據(jù)包到達 INPUT 鏈中，LVS 會根據(jù)目的 IP 和 Port(端口)確認是否為 LVS 定義的服務(wù)。
如是定義過的 VIP 服務(wù)，會根據(jù)配置的服務(wù)信息，從 RealServer 中選擇一個后端服務(wù)器 RS1，然后 RS1 作為目標出方向的路由，確定下一跳信息及數(shù)據(jù)包通過具體的哪個網(wǎng)卡發(fā)出，最好將數(shù)據(jù)包通過 INET_HOOK 到 OUTPUT 鏈中。
④數(shù)據(jù)包通過 POSTROUTING 鏈后，目的 MAC 地址將會修改為 RealServer 服務(wù)器 MAC 地址(RMAC)源 MAC 地址修改為 LVS 與 RS 同網(wǎng)段的 IP 地址的 MAC 地址(DMAC)此時，數(shù)據(jù)包將會發(fā)至 RealServer 服務(wù)器。
⑤數(shù)據(jù)包到達 RealServer 服務(wù)器后，發(fā)現(xiàn)請求報文的 MAC 地址是自己的網(wǎng)卡 MAC 地址，將會接受此報文，待處理完成之后，將響應報文通過 lo 接口傳送給 eth0 網(wǎng)卡然后向外發(fā)出。
此時的源 IP 地址為 VIP，目標 IP 為 CIP，源 MAC 地址為 RS1 的 RMAC，目的 MAC 地址為下一跳路由器的 MAC 地址(CMAC)，最終數(shù)據(jù)包通過 RS 相連的路由器轉(zhuǎn)發(fā)給客戶端。
DS 模式的優(yōu)點：
DS 模式的缺點：
DS 模式的使用場景：對性能要求高的，可首選 DR 模式，還可透傳客戶端源 IP 地址。
NAT 模式：只需一個公網(wǎng) IP 地址，是最易用的一種負載均衡模式，安全性較好。
TUN 模式 和 DR 模式：負載能力強大、適用范圍廣、節(jié)點安全性較差。
LVS 的十種負載調(diào)度算法
LVS 的十種負載調(diào)度算法如下：
①輪詢：Round Robin，將收到的訪問請求按順序輪流分配給群集中的各節(jié)點真實服務(wù)器中，不管服務(wù)器實際的連接數(shù)和系統(tǒng)負載。
②加權(quán)輪詢：Weighted Round Robin，根據(jù)真實服務(wù)器的處理能力輪流分配收到的訪問請求，調(diào)度器可自動查詢各節(jié)點的負載情況，并動態(tài)跳轉(zhuǎn)其權(quán)重，保證處理能力強的服務(wù)器承擔更多的訪問量。
③最少連接：Least Connections，根據(jù)真實服務(wù)器已建立的連接數(shù)進行分配，將收到的訪問請求優(yōu)先分配給連接數(shù)少的節(jié)點，如所有服務(wù)器節(jié)點性能都均衡，可采用這種方式更好的均衡負載。
④加權(quán)最少連接：Weighted Least Connections，服務(wù)器節(jié)點的性能差異較大的情況下，可以為真實服務(wù)器自動調(diào)整權(quán)重，權(quán)重較高的節(jié)點將承擔更大的活動連接負載。
⑤基于局部性的最少連接：LBLC，基于局部性的最少連接調(diào)度算法用于目標 IP 負載平衡，通常在高速緩存群集中使用。
如服務(wù)器處于活動狀態(tài)且處于負載狀態(tài)，此算法通常會將發(fā)往 IP 地址的數(shù)據(jù)包定向到其服務(wù)器;如果服務(wù)器超載(其活動連接數(shù)大于其權(quán)重)，并且服務(wù)器處于半負載狀態(tài)，則將加權(quán)最少連接服務(wù)器分配給該 IP 地址。
⑥復雜的基于局部性的最少連接：LBLCR，具有復雜調(diào)度算法的基于位置的最少連接也用于目標 IP 負載平衡，通常在高速緩存群集中使用。
與 LBLC 調(diào)度有以下不同：負載平衡器維護從目標到可以為目標提供服務(wù)的一組服務(wù)器節(jié)點的映射。對目標的請求將分配給目標服務(wù)器集中的最少連接節(jié)點。
如果服務(wù)器集中的所有節(jié)點都超載，則它將拾取群集中的最少連接節(jié)點，并將其添加到目標服務(wù)器群中;如果在指定時間內(nèi)未修改服務(wù)器集群，則從服務(wù)器集群中刪除負載最大的節(jié)點，以避免高度負載。
⑦目標地址散列調(diào)度算法：DH，該算法是根據(jù)目標 IP 地址通過散列函數(shù)將目標 IP 與服務(wù)器建立映射關(guān)系，出現(xiàn)服務(wù)器不可用或負載過高的情況下，發(fā)往該目標 IP 的請求會固定發(fā)給該服務(wù)器。
⑧源地址散列調(diào)度算法：SH，與目標地址散列調(diào)度算法類似，但它是根據(jù)源地址散列算法進行靜態(tài)分配固定的服務(wù)器資源。
⑨最短延遲調(diào)度：SED，最短的預期延遲調(diào)度算法將網(wǎng)絡(luò)連接分配給具有最短的預期延遲的服務(wù)器。
如果將請求發(fā)送到第 i 個服務(wù)器，則預期的延遲時間為(Ci +1)/Ui，其中 Ci 是第 i 個服務(wù)器上的連接數(shù)，而 Ui 是第 i 個服務(wù)器的固定服務(wù)速率(權(quán)重) 。
⑩永不排隊調(diào)度：NQ，從不隊列調(diào)度算法采用兩速模型。當有空閑服務(wù)器可用時，請求會發(fā)送到空閑服務(wù)器，而不是等待快速響應的服務(wù)器。
如果沒有可用的空閑服務(wù)器，則請求將被發(fā)送到服務(wù)器，以使其預期延遲最小化(最短預期延遲調(diào)度算法)。
LVS 涉及相關(guān)的術(shù)語及說明
上述內(nèi)容中涉及到很多術(shù)語或縮寫，這里簡單解釋下具體的含義，便于理解：
總結(jié)
回顧下，通過本文你可學習到什么是 LVS、為什么要用 LVS、LVS 的組成及工作原理等。
參考文獻：
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