Linux运维集群篇 如何搭建LVS+keepalived架构实例（NAT）

前言

集群一般指的是一个由多台服务器和主机组成的一个阵列 对于外部访问来说 是一个整体 只有一个ip地址和接口 LVS+keepalived是目前最常用的负载均衡机制

一、集群的意义和分类

1 意义

随着互联网的发展 web应用对服务器请求的速度 数据可靠性 稳定性提出更高的要求 单台服务器这样的单点服务无法满足要求 所以集群就是解决这么个问题 通多多台服务器来组成一个集群来运行服务 。
除此之外 还有两种方法
1 购买性能高的单台服务器 但是价格高昂
2 使用多台相对便宜的服务器组成集群 并利用lvs技术来进行负载均衡 这种解决方案应用最为广泛和有效。

2.分类

LVS的分类有三种

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、高负载(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。

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。
例如：“故障切换”、“双机热备” 等。

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。例如，“云计算”、“网格计算”等。

二 负载均衡的结构和模式

1 结构

分三层

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。

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。

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。

2 模式

NAT地址转换

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

TUN ip隧道

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

DR 直接路由

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

最常用的模式就是NAT和DR模式 隧道技术虽然在效果上非常好 但是由于是分布式计算 每台服务器要有公网ip地址 且还要高防的安全测略 所以性价比不是很高

三 LVS服务和LVS调度算法

LVS服务和应用

LVS服务从Linux的2.4版本就集成与系统中，是针对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，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 （MHA也有虚拟ip的概念）
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。
ipvsadm工具是LVS在Linux里面的具体实现

调度算法

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

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

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

加权最少连接(Weighted L east 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

ipvsadm应用

四 构建NAT模式的LVS负载均衡实例

架构图

1部署NFS服务器

ip为192.168.30.10

systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
yum -y install nfs-utils rpcbind
systemctl start rpcbind
systemctl start nfs
mkdir /opt/a
mkdir /opt/b
chmod 777 /opt/a
chmod 777 /opt/b
vim /etc/exports
exportfs -rv
exporting 192.168.30.0/24:/opt/b
exporting 192.168.30.0/24:/opt/a
exporting *:/usr/share

2 部署节点服务器

用于提供web访问 两台服务配置一致
web1 192.168.30.19
web2 192.168.30.15

 systemctl stop firewalld.service
 setenforce 0
 systemctl disable firewalld.service
 yum -y install httpd
 systemctl start httpd.service
 systemctl enable httpd.service
 yum -y install nfs-utils rpcbind
 showmount -e 192.168.30.10  查看共享
 systemctl start rpcbind.service
 systemctl enable rpcbind.service

将主页内容挂载在服务器上 默认的目录为/var/www/html

mount.nfs 192.168.30.10:/opt/a /var/www/html
echo 'web1' > /var/www/html/index.html
mount.nfs 192.168.30.10:/opt/b /var/www/html
echo 'web2' > /var/www/html/index.html

3 配置负载节点

负载节点分为内网和外网
内网网段 192.168.30.0
外网网段 18.0.0.0
关闭防火墙 配置iptableSNAT转发规则 将内网地址段映射成外网地址

systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0
vim /etc/sysctl.conf 
sysctl -p
iptables -nL
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.30.0/24 -o ens37 -j SNAT --to-source 18.0.0.10 SNAT规则
iptables -t nat -L  查看规则
modprobe ip_vs
cat /proc/net/ip_vs  查看系统版本
yum -y install ipvsadm.x86_64   安装lvs包
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm  保存设置
systemctl  start ipvsadm.service 启动服务

4 配置负载均衡策略

ipvsadm -C
ipvsadm -A -t 18.0.0.20:80 -s rr  清除原有的规则
ipvsadm -a -t 18.0.0.20:80 -r 192.168.30.19:80 -m  规则1
ipvsadm -a -t 18.0.0.20:80 -r 192.168.30.15:80 -m  规则2
ipvsadm  启动规则
ipvsadm -ln  查看节点状态
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm  保存规则

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