LVS负载均衡群集

目录

一、概述

1.群集的含义

2.问题

3.解决方法

二、分类

1.根据群集所针对的目标差异，可分为三种类型

2.负载均衡群集(Load Balance Cluster)

3.高可用群集(High Availability Cluster)

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

三、负载均衡群集架构

负载均衡的结构

四、负载均衡群集工作模式分析

1.群集的负载调度技术有三种工作模式

2.NAT模式

地址转换

3.TUN模式

IP隧道

4.DR模式

直接路由

五、LVS虚拟服务器

1.Linux Virtual Server

2.LVS的负载调度算法

(1)轮询(Round Robin)       

(2)加权轮询(Weighted Round Robin)

(3)LVS的负载调度算法

(4)最少连接(Least Connect ionsI)

(5)加权最少连接(Weighted Least Connections)

3.LVS群集创建与管理

六、NFS共享存储服务

1.Network File System,网络文件系统

2.使用NFS发布共享资源

3.在客户机中访问NFS共享资源

七、LVS实例 

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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	low10-20	high 100	high  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