LVS负载均衡群集

一、企业群集应用概述

1.1、群集的含义

Cluster，集群、群集

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（域名或IP地址），相当于一台大型计算机

1.2、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，单台服务器已经无法满足负载均衡及高可用的要求

1.3、解决方法

使用价格昂贵的小型机、大型机

使用多台相对廉价的普通服务器构建服务群集

通过整合多台服务器，使用LVS来达到服务器的高可用和负载均衡，并以同一个IP地址对外提供相同的服务

在企业中常用的一种群集技术——LVS（Linux Virtual Server，Linux虚拟服务器）

二、企业群集分类

2.1、根据群集针对的目标差异，可以分三个类型

负载均衡群集
高可用群集
高性能运算群集

2.2、负载均衡群集（Load Balance Cluster）

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、高负载（LB）的整体性能
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压力，例如，“DNS轮询”“反向代理”等

2.3、高可用群集（High Availability Cluster）

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
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。例如，“故障切换”“双机热备”等

2.4、高性能运算群集（High Performance Computer Cluster）

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
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。例如，“云计算”“网格计算”等

三、负载均衡群集架构

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。

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。

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

1、负载均衡群集是目前企业用得最多的群集类型

2、群集的负载调度技术有三种模式

地址转换（NAT模式）

IP隧道（TUN模式）

直接路由（DR模式）

（1）、Network Address Translation，简称NAT模式

Network Address Translation，简称NAT模式

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

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

（2）、IP隧道（TUN模式）

IP Tunnel 简称TUN模式

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

服务器节点分散在互联网中的不同位置,具有独立的公网IP地址，通过专用IP隧道与负载调度器相互通信
直接路由（DR模式）

(3)、Direct Routing，简称DR模式

Direct Routing，简称DR模式

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

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

五、关于LVS虚拟服务器简介

1、Linux Virtual Server历史

针对Linux内核开发的负载均衡解决方案
1998年5月，由我国的章文嵩博士创建
官方网址：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Linux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CentOS7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				#调用ip_vs模块
cat /proc/net/ip_vs			#查看ip_vs版本

2、LVS虚拟服务器负载调度算法

(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）

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
保证性能强的服务器承担更多的访问流量

（3）、最少连接（Least Connections）

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）、加权最少连接（Weighted Least Connections）

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
性能较高的节点将承担更大比例的活动连接负载

六、使用ipvsadm工具

1、LVS群集创建与管理

2、ipvsadm工具选项

-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: 1c、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:设置权重(权重为0时表示暂停节点)
-p60:表示保持长连接60秒;
-l: 列表查看LVS虚拟服务器(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 -1n

---

ipvsadm -d -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.200.60:80 -m -w 1     #删除群集中某一节点服务器
ipvsadm -D -t 12.0.0.1:80     #删除整个虚拟服务器
systemctl stop ipvsadm     #停止服务（清除策略）
systemctl start ipvsadm    #启动服务（重建规则）
ipvsadm-restore > /etc/sysconfig/ipvsadm      #恢复LVS策略

七、NAT模式LVS负载均衡群集部署

实验环境：
负载调度器：内网关ens33:192.168.246.40 外网关ens36:12.0.0.1
web节点服务器1：192.168.246.20
web节点服务器2：192.168.246.30
NFS服务器：192.168.246.10
客户端：12.0.0.12

1、部署共享存储（NFS服务器：192.168.246.10）

systemctl stop firewalld.service
setenforce 0

yum -y install nfs-utils rpcbind
systemctl start nfs.service
systemctl start rpcbind.service
systemctl enable nfs.service
systemctl enable rpcbind.service

cd /opt
mkdir kgc benet
chmod 777 kgc benet

vim /etc/exports
/usr/share * (ro, sync)	#现网环境下不能有可写，这样不安全，所以只有只读，这个是实验，所以我在下面就配置
了可写

/opt/kgc 192.168.246.0/24(rw,sync)
/opt/benet 192.168.246.0/24(rw,sync)

发布共享
exportfs -rv
echo 'this is benet web' > /opt/benet/index.html
echo 'this is kgc web' > /opt/kgc/index.html

---

2、配置节点服务器（192.168.246.20、192.168.246.30）

systemctl stop firewalld.service
setenforce 0

yum -y install httpd
systemctl start httpd.service
systemctl enable httpd.service

yum -y install nfs-utils rpcbind
systemctl start rpcbind.service
systemctl enable rpcbind.service

----------------192.168.246.20----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
mount.nfs 192.168.246.10:/opt/kgc /var/www/html

上面的方法是临时挂载，永久的挂载方法如下
vim /etc/fstab
192.168.246.10:/opt/kgc /var/www/html nfs defaults,_netdev 0 0

----------------192.168.246.30-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
mount.nfs 192.168.246.10:/opt/benet /var/www/html

上面的方法是临时挂载，永久的挂载方法如下
vim /etc/fstab
192.168.246.10:/opt/benet /var/www/html nfs defaults,_netdev 0 0

---

web1：

web2：

3、配置负载调度器（内网关ens33:192.168.246.40 外网关ens36:12.0.0.1）

在调度器上添加一块网卡，并查看网卡是否添加成功

接下来重启网卡，进行下一步操作

systemctl stop firewalld.service
setenforce 0

配置SNAT转发原则
vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward = 1
或者echo '1' > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
sysctl -p

iptables -t nat -F
iptables -F
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.246.0/24 -o ens36 -j SNAT --to-source 12.0.0.1

加载LVS内核模块
modprobe ip_vs				#加载ip_vs模块
cat /proc/net/ip_vs			#查看ip_vs版本信息

安装ipvsadm管理工具
yum -y install ipvsadm

启动服务前必须要保存负载分配策略
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
或者 ipvsadm --save > /etc/sysconfig/ipvsadm

systemctl start ipvsadm.service

配置负载分配策略（NAT模式只要在服务器上配置，节点服务器不需要特殊配置）
ipvsadm -C					#清除原有策略
ipvsadm -A -t 12.0.0.1:80 -s rr
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.246.20:80 -m
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.246.30:80 -m
ipvsadm						#启用策略

ipvsadm -ln					#查看节点状态，Masq代表NAT模式
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm			#保存LVS策略

4、测试效果

在一台IP为12.0.0.12 的客户机上使用浏览器访问 http://12.0.0.1/，不断刷新浏览器测试负载均衡效果，刷新间隔需要长点。