系统扩展方式:
Scale UP:向上扩展,增强
Scale Out:向外扩展,增加设备,调度分配问题,Cluster
Cluster:集群,为解决某个特定问题将多台计算机组合起来形成的单个系统**
Linux Cluster类型:
LB:Load Balancing,负载均衡
HA:High Availiablity,高可用,SPOF(single Point Of failure)
MTBF:Mean Time Between Failure 平均无故障时间
MTTR:Mean Time To Restoration( repair)平均恢复前时间
A=MTBF/(MTBF+MTTR) (0,1):99%, 99.5%, 99.9%, 99.99%, 99.999%
HPC:High-performance computing,高性能 www.top500.org
分布式系统:
分布式存储:云盘
分布式计算:hadoop,Spark
一、LB Cluster的实现
硬件:
F5 Big-IP
Citrix Netscaler
A10 A10
软件:
lvs: Linux Virtual Server
nginx: 支持七层调度阿里七层SLB使用Tengine
haproxy:支持七层调度
ats: apache traffic server(yahoo捐助)
perlbal:Perl编写
pound
二、 基于工作的协议层次划分:
1、传输层(通用):DPORT(DNAT) 目标地址转换,内网地址被互联网访问
LVS:
nginx:stream
haproxy:mode tcp
2、. 应用层(专用):针对特定协议,自定义的请求模型分类
proxy server:
http:nginx, httpd, haproxy(mode http)
fastcgi:nginx, httpd
mysql:mysql-proxy
会话保持:负载均衡
(1) session sticky:同一用户调度固定服务器
Source IP:LVS sh算法(对某一特定服务而言)
Cookie
(2) session replication:每台服务器拥有全部session
session multicast cluster
(3) session server:专门的session服务器
Memcached,Redis
HA集群实现方案
keepalived:vrrp协议
ais:应用接口规范
heartbeat
cman+rgmanager(RHCS)
coresync_pacemaker
工作原理:VS根据请求报文的目标IP和目标协议及端口将其调度转发至某RS,根据调度算法来挑选RS
lvs: ipvsadm/ipvs
ipvsadm:用户空间的命令行工具,规则管理器
用于管理集群服务及RealServer
ipvs:工作于内核空间netfilter的INPUT钩子上的框架
lvs集群的类型:
lvs-nat:修改请求报文的目标IP,多目标IP的DNAT
lvs-dr:操纵封装新的MAC地址
lvs-tun:在原请求IP报文之外新加一个IP首部
lvs-fullnat:修改请求报文的源和目标IP
改IP或端口号 Destination Network Address Translation
(1)RIP和DIP应在同一个IP网络,且应使用私网地址;RS的网关要指向DIP
(2)请求报文和响应报文都必须经由Director转发,Director易于成为系统瓶颈
(3)支持端口映射,可修改请求报文的目标PORT
(4)VS必须是Linux系统,RS可以是任意OS系统
开启forward转发
vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward=1
sysctl -p
sysctl -a |grep ip_ford
目标地址IP不变改mac
(1) Director和各RS都配置有VIP(*重要)
(2) 确保前端路由器将目标IP为VIP的请求报文发往Director
在前端网关做静态绑定VIP和Director的MAC地址
- 在RS上使用arptables工具
arptables -A IN -d $VIP -j DROP
arptables -A OUT -s $VIP -j mangle --mangle-ip-s $RIP
- 在RS上修改内核参数以限制arp通告及应答级别
/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore 选1
0:默认值:可使用本地任意接口上配置的任意地址进行相应
1:仅在请求的目标IP配置在本地主机的接收到的请求报文的接口上时,才给予相应
/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce 选2
0:默认值,把本机所有接口的所有信息向每个接口的网络进行通告
1:尽量避免将接口信息向非直接连接网络进行通告
2:必须避免将接口信息向非本网络进行通告
修改all和lo中的arp_ignore和arp_annpunce值分别为1和2
(3)RS的RIP可以使用私网地址,也可以是公网地址;RIP与DIP在同一IP网络;RIP的网关不能指向DIP,以确保响应报文不会经由Director
(4)RS和Director要在同一个物理网络 (相互广播知道互相的mac地址)
(5)请求报文要经由Director,但响应报文不经由Director,而由RS直接发往Client
(6)不支持端口映射(端口不能修改)
(7)RS可使用大多数OS系统
(1) DIP, VIP, RIP都应该是公网地址(或走专线)
(2) RS的网关一般不能指向DIP(指向中间隔的路由器地址)
(3) 请求报文要经由Director,但响应不能经由Director
(4) 不支持端口映射
(5) RS的OS须支持隧道功能
通常DR和RS异地情况下使用
(1) VIP是公网地址,RIP和DIP是私网地址,且通常不在同一IP网络;因此,RIP的网关一般不会指向DIP
(2) RS收到的请求报文源地址是DIP,因此,只需响应给DIP;但Director还要将其发往Client
(3) 请求和响应报文都经由Director
(4) 支持端口映射
注意:此类型kernel默认不支持
通常DS和RS在异地情况下使用此种方式
总结:
**lvs-nat与lvs-fullnat:**请求和响应报文都经由Director
lvs-nat:RIP的网关要指向DIP
lvs-fullnat:RIP和DIP未必在同一IP网络,但要能通信
**lvs-dr与lvs-tun:**请求报文要经由Director,但响应报文由RS直接发往Client
lvs-dr:通过封装新的MAC首部实现,通过MAC网络转发
lvs-tun:通过在原IP报文外封装新IP头实现转发,支持远距离通信
两种:静态方法和动态方法
1、RR:roundrobin,轮询
2、WRR:Weighted RR,加权轮询
3、SH:Source Hashing,实现session sticky,源IP地址hash;将来自于同一个IP地址的请求始终发往第一次挑中的RS,从而实现会话绑定
4、DH:Destination Hashing;目标地址哈希,将发往同一个目标地址的请求始终转发至第一次挑中的RS,典型使用场景是正向代理缓存场景中的负载均衡,如:客户想看优酷视频-(宽带运营商)--缓存(varnish)--优酷
1、LC:least connections 适用于长连接应用
Overhead=activeconns*256+inactiveconns(活动*256+非活动链接)
活动链接(三次握手后有报文传输) 非活动链接(三次握手后没有报文传输)
2、WLC:Weighted LC 默认调度方法 权重高的优先连接,没有初始连接不适用,可能权重低的先被分配
Overhead=(activeconns*256+inactiveconns)/weight
3、SED:Shortest Expection Delay 初始连接高的优先,权重相差大的,权重高总被连接
Overhead=(activeconns+1)*256/weight
4、NQ:Never Queue,第一轮均匀分配,后续SED。相当于让你慢慢加班,就适应了。平滑过渡
5、LBLC:Locality-Based LC,动态的DH算法,使用场景:根据负载状态实现正向代理。客户又想看优酷了,可是别的varnish上没有缓存数据,所以用LBLCR出现了
6、LBLCR:LBLC with Replication,带复制功能的LBLC,解决LBLC负载不均衡问题,从负载重的复制到负载轻的RS
因ipvs潜伏在input链前面,所以通过
/boot/config- 文件可看IPVS是通过模块提供,支持的协议,还有10种算法
grep -i -C 10 "ipvs" /boot/config-3.10.0-862.el7.x86_64
[root@master ~]#grep -i -C 10 "ipvs" /boot/config-3.10.0-862.el7.x86_64
...
CONFIG_NETFILTER_XT_MATCH_IPVS=m
...
#
# IPVS transport protocol load balancing support
#
CONFIG_IP_VS_PROTO_TCP=y
CONFIG_IP_VS_PROTO_UDP=y
CONFIG_IP_VS_PROTO_AH_ESP=y
CONFIG_IP_VS_PROTO_ESP=y
CONFIG_IP_VS_PROTO_AH=y
CONFIG_IP_VS_PROTO_SCTP=y
#
# IPVS scheduler
#
CONFIG_IP_VS_RR=m
CONFIG_IP_VS_WRR=m
CONFIG_IP_VS_LC=m
CONFIG_IP_VS_WLC=m
CONFIG_IP_VS_LBLC=m
CONFIG_IP_VS_LBLCR=m
CONFIG_IP_VS_DH=m
CONFIG_IP_VS_SH=m
CONFIG_IP_VS_SED=m
CONFIG_IP_VS_NQ=m
支持的协议:TCP, UDP, AH, ESP, AH_ESP, SCTP
rpm -ql ipvsadm
主程序:/usr/sbin/ipvsadm
规则保存工具:/usr/sbin/ipvsadm-save
规则重载工具:/usr/sbin/ipvsadm-restore
配置文件:/etc/sysconfig/ipvsadm-config
选项:
ipvsadm -A|E -t|u|f service-address [-s scheduler][-p [timeout]] [-M netmask][--pe persistence_engine] [-b sched-flags] A增加 E修改
ipvsadm -A 增加
ipvsadm -E
ipvsadm -D -t|u|f service-address 删除
ipvsadm –C 清空
ipvsadm –R 重载
ipvsadm -S [-n] 保存
ipvsadm -a|e -t|u|f service-address -r server-address [options]
ipvsadm -d -t|u|f service-address -r server-address
ipvsadm -Z [-t|u|f service-address] 清空计数器
ipvsadm -Ln 查看
--numeric, -n:以数字形式输出地址和端口号
--exact:扩展信息,精确值
--connection,-c:当前IPVS连接输出
--stats:统计信息
--rate :输出速率信息
注意:iptables和ipvsadm选项顺序不能错
iptables -nvL
ipvsadm -Ln
保存:建议保存至/etc/sysconfig/ipvsadm
ipvsadm-save > /PATH/TO/IPVSADM_FILE
ipvsadm -S > /PATH/TO/IPVSADM_FILE
systemctl stop ipvsadm.service
重载:
ipvsadm-restore < /PATH/FROM/IPVSADM_FILE
ipvsadm -R < /PATH/FROM/IPVSADM_FILE
systemctl restart ipvsadm.service
运行内存中:
ipvs规则:/proc/net/ip_vs
ipvs连接:/proc/net/ip_vs_conn
原理:
[root@lvs ~]#rpm -ql ipvsadm
[root@lvs ~]#cat /usr/lib/systemd/system/ipvsadm.service
...
[Service]
Type=oneshot
ExecStart=/bin/bash -c "exec /sbin/ipvsadm-restore < /etc/sysconfig/ipvsadm"
ExecStop=/bin/bash -c "exec /sbin/ipvsadm-save -n > /etc/sysconfig/ipvsadm"
...
ipvsadm -A|E -t|u|f service-address [-s scheduler] [-p [timeout]]
ipvsadm -D -t|u|f service-address
-A:增 -E:改
-D:删
-t: TCP协议的端口,VIP:TCP_PORT
-u: UDP协议的端口,VIP:UDP_PORT
-f:firewall MARK,标记,一个数字
[-s scheduler]:指定集群的调度算法
ipvsadm -a|e -t|u|f service-address -r RS-address [-g|i|m] [-w weight]
ipvsadm -d -t|u|f service-address -r RS-address
rip[:port] 如省略port,不作端口映射
lvs类型:
-g: gateway, dr类型,默认
-i: ipip, tun类型
-m: masquerade, nat类型
-w weight:权重,默认为wlc
NAT模型:
一、NAT模型实现http负载均衡群:
规划网络注意事项:
1.ROUTER添加路由
route add -net 192.168.31.0/24 gw 10.0.0.100
2.LVS添加路由
ip route add 192.168.32.0/16 via 10.0.0.254
LVS:
创建集群规则:rr轮询
ipvsadm -A -t 192.168.31.123:80 -s rr
添加RS到集群中
ipvsadm -a t 192.168.31.123:80 -r 192.168.32.7:80 -m
ipvsadm -a t 192.168.31.123:8080 -r 192.168.32.17:8080 -m
client访问192.168.31.123查看是否成功
删除RS从集群中
ipvsadm -d -t 192.168.31.123:80 -r 192.168.32.17:8080
修改集群规则:wrr权重轮询
ipvsadm -E -t 192.168.31.123:80 -s wrr
修改RS的权重
ipvsadm -e -t 192.168.31.123:80 -r 192.168.32.17:8080 -m -w 3
client访问192.168.31.123查看是否3:1访问,是否修改成功
修改集群规则:wlc (默认,所以不用-s wlc)
ipvsadm -E -t 192.168.31.123:80
修改集群规则:sh
ipvsadm -E -t 192.168.31.123:80 -s sh
client访问查看是否成功,源地址则一直应该是一台就对了
二、NAT模型实现https负载均衡群
RS1和RS2:
yum install mod_ssl -y
systemctl restart httpd
LVS:
ipvsadm -A -t 172.20.0.123:443 -s rr
ipvsadm -a -t 192.168.31.123:443 -r 192.168.32.7
ipvsadm -a -t 192.168.31.123:443 -r 192.168.32.17
规划网络注意事项:
一、ROUTER: 注意开启转发
vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward=1
sysctl -a |grep if_f
二、注意各路网关
三、不支持端口映射,RS必须listen80
注意生产中要写到配置文件中!
#!/bin/bash
#Author:dushan
#Date:2019-02-24
vip=10.0.0.100
mask='255.255.255.255'
dev=lo:1
rpm -q httpd &> /dev/null || yum -y install httpd &>/dev/null
service httpd start &> /dev/null && echo "The httpd Server is Ready!"
echo "`hostname`
" > /var/www/html/index.html
case $1 in
start)
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
ifconfig $dev $vip netmask $mask #broadcast $vip up
#route add -host $vip dev $dev
echo "The RS Server is Ready!"
;;
stop)
ifconfig $dev down
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
echo "The RS Server is Canceled!"
;;
*)
echo "Usage: $(basename $0) start|stop"
exit 1
;;
esac
[root@rs1 ~]#bash lvs_dr_rs.sh start
#!/bin/bash
#Author:wangxiaochun
#Date:2017-08-13
vip='10.0.0.100'
iface='lo:1'
mask='255.255.255.255'
port='80'
rs1='192.168.32.7'
rs2='192.168.32.17'
scheduler='wrr'
type='-g'
rpm -q ipvsadm &> /dev/null || yum -y install ipvsadm &> /dev/null
case $1 in
start)
ifconfig $iface $vip netmask $mask #broadcast $vip up
iptables -F
ipvsadm -A -t ${vip}:${port} -s $scheduler
ipvsadm -a -t ${vip}:${port} -r ${rs1} $type -w 1
ipvsadm -a -t ${vip}:${port} -r ${rs2} $type -w 1
echo "The VS Server is Ready!"
;;
stop)
ipvsadm -C
ifconfig $iface down
echo "The VS Server is Canceled!"
;;
*)
echo "Usage: $(basename $0) start|stop"
exit 1
;;
esac
测试:
http:
while true;do curl http://10.0.0.100;sleep 0.5;done
1.RS:yum install mod_ssl
2.更改脚本端口号443 执行脚本即可)
3.若想和80端两个集群一起跑则手敲一遍80规则
ipvsadm -A -t 10.0.0.100:80 -s rr
ipvsadm -a -t 10.0.0.100:80 -r 192.168.32.7
ipvsadm -a -t 10.0.0.100:80 -r 192.168.32.17
注意:生产中RS都要提供同一个公钥和同一个证书,生成一份复制到所有SERVER上
测试:
while true;do curl -k https://10.0.0.100;sleep 0.5;done
更改端口号3306
MARK target 可用于给特定的报文打标记
借助于防火墙标记来分类报文,而后基于标记定义集群服务;可将多个不同的应用使用同一个集群服务进行调度,实现方法:
在Director主机打标记:
iptables -t mangle -A PREROUTING -d $vip -p $proto –m multiport --dports p o r t 1 , port1, port1,port2,… -j MARK --set-mark NUMBER
在Director主机基于标记定义集群服务:
ipvsadm -A -f NUMBER [options]
创建标签
iptables -t mangle -A PREROUTING -d 10.0.0.100 -p tcp -m multiport --dports 80,443 -j MARK --set-mark 10
查询标签
iptables -t mangle -nVL (Mark set 0xa,十六进制表示10)
ipvsadm -A -f 10 -s rr
ipvsadm -a -f 10 -r 192.168.32.7 -g
ipvsadm -a -f 10 -r 192.168.32.17 -g
测试:
while true;do curl -k https://10.0.0.100;curl http://10.0.0.100;sleep 0.5;done
session 绑定:对共享同一组RS的多个集群服务,需要统一进行绑定,lvs sh算法无法实现
持久连接#( lvs persistence )模板:实现无论使用任何调度算法,在一段时间内(默认360s ),能够实现将来自同一个地址的请求始终发往同一个RS
ipvsadm -A|E -t|u|f service-address [-s scheduler][-p [timeout]
持久连接实现方式:
ipvsadm -E -f 10 -s rr -p 默认360秒
拓展:
如用脚本去除,思路为:测试连接如失败则自动去除故障RS,每5秒执行一次
curl http://192.168.32.17 &> /dev/null ||ipvsadm -d -f 10 -r 192.168.32.17
ldirectord:监控和控制LVS守护进程,可管理LVS规则
包名:ldirectord-3.9.6-0rc1.1.1.x86_64.rpm
下载:http://download.opensuse.org/repositories/network:/ha-clustering:/Stable/CentOS_CentOS-7/x86_64/
文件:
/etc/ha.d/ldirectord.cf 主配置文件
/usr/share/doc/ldirectord-3.9.6/ldirectord.cf 配置模版
/usr/lib/systemd/system/ldirectord.service 服务
/usr/sbin/ldirectord 主程序,Perl实现
/var/log/ldirectord.log 日志
/var/run/ldirectord.ldirectord.pid pid文件
ldirectord配置文件示例:
checktimeout=3 检查时间超时时长
checkinterval=1 几秒检查一次
autoreload=yes 自动加载
logfile=“/var/log/ldirectord.log“ #日志文件
quiescent=no #down时yes权重为0,no为删除
virtual=10 #指定VS的FWM或IP:port
real=192.168.32.7:80 gate 2
real=192.168.32.17:80 gate 1
fallback=127.0.0.1:80 gate #sorry server
service=http
scheduler=wrr
checktype=negotiate
checkport=80
request="index.html" 检查文件
receive=“Test Ldirectord" 检查关键字
[root@lvs ~]#yum install ldirectord
[root@lvs ~]#rpm -ql ldirectord
/etc/ha.d
/etc/ha.d/resource.d
/etc/ha.d/resource.d/ldirectord
/etc/logrotate.d/ldirectord
/usr/lib/ocf/resource.d/heartbeat/ldirectord
/usr/lib/systemd/system/ldirectord.service
/usr/sbin/ldirectord
/usr/share/doc/ldirectord-3.9.6
/usr/share/doc/ldirectord-3.9.6/COPYING
/usr/share/doc/ldirectord-3.9.6/ldirectord.cf
/usr/share/man/man8/ldirectord.8.gz
[root@lvs ~]#cp /usr/share/doc/ldirectord-3.9.6/ldirectord.cf /etc/ha.d/
[root@lvs ~]#cat /etc/ha.d/ldirectord.cf
checktimeout=3
checkinterval=1
autoreload=yes
logfile="/var/log/ldirectord.log"
quiescent=yes
virtual=10.0.0.100:80
real=192.168.32.7:80 gate
real=192.168.32.17:80 gate
fallback=127.0.0.1:80 gate
service=http
scheduler=rr
#persistent=600
#netmask=255.255.255.255
protocol=tcp 用标签时去除protocol协议
checktype=negotiate
checkport=80
request="index.html"
receive="RS"
[root@lvs ~]#systemctl start ldirectord
[root@lvs ~]#vim /var/www/html/index.html
SORRY SERVER
测试:
[root@dudou ~]#while true;do curl http://10.0.0.100;sleep 0.5;done