LVS负载均衡群集

一、概述

1.群集的含义

(1)Cluster, 集群、群集
(2)由多台主机构成，但对外只表现为一个整体，只提供一个访问入口(域名与IP地址)，相当于一台大型计算机。

2.问题

    互联网应用中，随着站点对硬件性能、响应速度、服务稳定性、数据可靠性等要求越来越高，单台服务器力不从心，单台服务器已经无法满足负载均 衡及高可用性的要求。

3.解决方法

(1)使用价格昂贵的小型机、大型机
(2)使用普通服务器构建服务群集

二、分类

1.根据群集所针对的目标差异，可分为三种类型

(1)负载均衡群集
(2)高可用群集
(3)高性能运算群集

2.负载均衡群集(Load Balance Cluster)

(1)提高应用系统的响应能力、尽可能处理更多的访问请求、减少延迟为目标，获得高并发、负载(LB)的整体性能
(2)LB的负载分配依赖于主节点的分流算法，将来自客户机的访问请求分担给多个服务器节点，从而缓解整个系统的负载

3.高可用群集(High Availability Cluster)

(1)提高应用系统的可靠性、尽可能地减少中断时间为目标，确保服务的连续性，达到高可用(HA) 的容错效果
(2)HA的工作方式包括双工和主从两种模式，双工即所有节点同时在线:主从则只有主节点在线，但当出现故障时从节点能自动切换为主节点。
比如:“故障切换”。“双机热备”等

4.高性能运算群集(High Performance Computer Cluster)

(1)以提高应用系统的CPU运算速度、扩展硬件资源和分析能力为目标，获得相当于大型、超级计算机的高性能运算(HPC) 能力
(2)高性能依赖于”分布式运算”、 "并行计算”，通过专用硬件和软件将多个服务器的CPU、内存等资源整合在一起，实现只有大型、超级计算机才具备的计算能力

三、负载均衡群集架构

负载均衡的结构

(1)第一层，负载调度器(Load Balancer或Director)

    访问整个群集系统的唯一入口。
     对外使用所有服务器共有的VIP地址，也称为群集IP地址。通常会配置主、备两台调度器实现热备份。当主调度器失效以后能够平滑替换至备用调度器，确保高可用性。

(2)第二层，服务器池(Server Pool)

    群集所提供的应用服务、由服务器池承担，其中每个节点具有独立的RIP地址(真实IP)，只处理调度器分发过来的客户机请求。当某个节点暂时失效时。负载调度器的容错机制会将其隔离，等待错误排除以后再重新纳入服务器池。

(3)第三层，共享存储(Share Storage)

    为服务器池中的所有节点提供稳定、一致的文件存取服务，确保整个群集的统一性共享存储可以使用NAS设备,或者提供NFS共享服务的专用服务器。

四、负载均衡群集工作模式分析

负载均衡群集是目前企业用得最多的群集类型

1.群集的负载调度技术有三种工作模式

(1)地址转换(NAT模式)
(2)IP隧道（TUN模式）
(3)直接路由（DR模式）

2.NAT模式

地址转换

(1)Network Address Translation,简称NAT模式
(2)类似于防火墙的私有网络结构，负载调度器作为所有服务器节点的网关，即作为客户机
的访问入口，也是各节点回应客户机的访问出口
(3)服务器节点使用私有IP地址，与负载调度器位于同一个物理网络,安全性要优于其他两种方式

3.TUN模式

IP隧道

(1)IP Tunnel,简称TUN模式
(2)采用开放式的网络结构，负载调度器仅作为客户机的访问入口，各节点通过各自的Internet连接直接回应客户机，而不再经过负载调度器
(3)服务器节点分散在互联网中的不同位置，具有独立的公网P地址，通过传用IP隧道与负载调度器相互通信

4.DR模式

直接路由

(1)Direct Routing,简称DR模式
(2)采用半开放式的网络结构，与TUN模式的结构类似，但各节点并不是分散在各地，而是与调度器位于同一个物理网络
(3)负载调度器与各节点服务器通过本地网络连接，不需要建立专用的IP隧道

LVS不太适合小型的集群
工作模式区别NAT模式TUN模式DR模式(与nat相比较为复杂)real server 节点服务器server. number 节点数量low10-20high 100high 100真实网关(real servers)负载调度器自由路由器自由路由器IP地址公网+私网公网私网优点安全性高安全、速度快.性能最好缺点效率低，压力大.
需要隧道支持

交换机中配置VXLAN
不能跨越vlan (局域网)

五、LVS虚拟服务器

1.Linux Virtual Server

(1)针对Linux内核的负载均衡解决方案
(2)1998年5月，由我国的章文嵩博士创建
(3)官方网站: http://www.linuxvirtualserver.org/

   LVS实际上相当于基于IP地址的虚拟化应用，为基于IP地址和内容请求分发的负载均衡提出了一种高效的解决方法
   LVS现在已成为Lfnux内核的一部分，默认编译为ip_vs模块， 必要时能够自动调用。在Centos

7系统中，以下操作可以手动加载ip_vs模块， 并查看当前系统中ip_vs 模块的版本信息。

modprobe ip_ _Vs_         确认内核对LVS的支持
cat /proc/net/ip_ _vs
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn

2.LVS的负载调度算法

(1)轮询(Round Robin)

    将收到的访问请求按照顺序轮流分配给群集中的各节点(真实服务器),均等地对待每一台服务器， 而不管服务器实际的连接数和系统负载

(2)加权轮询(Weighted Round Robin)

1)根据调度器设置的权重值来分发请求,权重值高的节点优先获得任务,分配的请求数越多
2)保证性能强的服务器承担更多的访问流量

(3)LVS的负载调度算法

1)最少连接(Least Connections)
2)根据真实服务器已建立的连接数进行分配，将收到的访问请求优先分配给连接数最少的节点

(4)最少连接(Least Connect ionsI)

根据真实服务器已建立的连接数进行分配，将收到的访问请求优先分配给连接数最少的节点

(5)加权最少连接(Weighted Least Connections)

1)在服务器节点的性能差异较大时，可以为真实服务器自动调整权重
2)性能较高的节点将承担更大比例的活动连接负载

使用ipvsadm工具→命令行ipvs

3.LVS群集创建与管理

创建虚拟服务器→添加、删除服务器节点→查看群集及节点情况→保存负载分配策略

LVS的管理工具是ipvsadm

(1)ipvsadm工具选项说明
-A添加虚拟服务器-D删除整个虚拟服务器-s指定负载调度算法(轮询:rr. 加权轮询: wrr. 最少连接: lc. 加权最少连接: wlc )-a表示添加真实服务器( 节点服务器)-d删除某一个节点-t指定VIP地址及TCP端口-r指定RIP地址及TCP端口-m表示使用NAT群集模式-g表示使用DR模式-i表示使用TUN模式-w一切设置权重(权重为0时表示暂停节点)-p 60表示保持长连接60秒-l列表查看LVS 虚拟服务(默认为查看所有)-n以数字形式显示地址、端口等信息，常与“-l”选项组合使用。ipvsadm -ln
(2)实际案例
环境: LVS调度器作Iweb服务器池的网关，LVS具有两块网卡，分别连接内外网，使用轮询(rr) 调度算法。

六、NFS共享存储服务

1.Network File System,网络文件系统

(1)依赖于RPC (远端过程调用)
(2)需安装nfs-utils、rpcbind软件包
(3)系统服务: nfs. rpcbind
(4)共享配置文件: /etc/exports

2.使用NFS发布共享资源

(1)安装nfs-utils、rpcbind软件包
(2)设置共享目录
(3)启动NFS服务程序
(4)查看本机发布的NFS共享目录

3.在客户机中访问NFS共享资源

(1)安装rpcbind软件包，并启动rpcbind服务
(2)手动挂载NFS共享目录
(3)fstab自动挂载设置

七、LVS实例

1.准备三台虚拟机，设置其中一台虚拟机为LVS,添加网卡设为仅主机模式

2.配置网卡

cd /etc/sysconfig/network-scripts/
cp -p ifcfg-ens33 ifcfg-ens36
vim ifcfg-ens36
systemctl restart network
Ifconfig

3.另外两台虚拟机为httpd1、httpd2

yum install -y httpd

4.修改网卡配置文件

vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33
systemctl restart network
systemctl start httpd

cd /var/www/html
vim index.html

vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33
systemctl restart network
systemctl start httpd

cd /var/www/html
vim index.html

5.返回LVS虚拟机

vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward=1(转发优化)
sysctl -p

6.清空防火墙规则

iptables -t nat -L
iptables -t nat -F
iptables -t nat -L
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.22.0/24 -o ens36 -j SNAT --to-source 192.168.6.120

yum install -y ipvsadm

ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
systemctl start ipvsadm
systemctl status ipvsadm

7.配置负载分配策略

清除原有策略

ipvsadm -C
ipvsadm -A -t 192.168.6.120:80 -s rr
ipvsadm -a -t 192.168.6.120:80 -r 192.168.22.128:80 -m -w 1
ipvsadm -a -t 192.168.6.120:80 -r 192.168.22.228:80 -m -w 1
Ipvsadm 启动策略

8.打开虚拟机windows,设置网络仅主机模式

网络连接成功后即可访问浏览器实现LVS跳转