Centos 7之LVS负载均衡群集

博文目录
一、LVS群集应用基础
二、LVS虚拟服务器
三、搭建NFS共享存储服务

一、LVS群集应用基础

根据实际企业环境的不同，群集所提供的功能也各不相同，采用的技术细节也可能各有千秋。然而从整体上来看，需要先了解一些关于群集的共性特征，这样才能在构建和维护群集的工作中做到心中有数，避免操作上的盲目性。

1、群集的类型

无论是哪种群集，都至少包括两台节点服务器，而对外表现为一个整体，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。根据群集所针对的目标差异，可以分为以下三种类型。

• 负载均衡群集（Load Balance Cluster）：以提高应用系统的响应能力、尽可能处理更多的访问请求、较少延迟为目的，获得高并发、高负载的整体性能。例如，“DNS轮询” 、“应用层交换”、“反向代理”等都可用做负载均衡群集。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。

• 高可用群集（High Availability Cluster）：以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，例如，“故障切换”。“双机热备”、“多机热备”、等都属于高可用群集技术，HA的工作方式包括双工和主从两种模式。双工就是所有节点同时在线；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，和Cisco路由器的HSRP原理类似。

• 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。例如，“云计算”、“网格计算”也可以当成HPC的一种。HPC群集的高性能依赖于“分布式计算” “并行计算”，通过专用硬件和软件将多台服务器的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。

不同类型的群集可以根据实际需求进行合并，如高可用的负载均衡群集。

2、负载均衡的分层结构

• 第一层：负载调度器，这是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（虚拟IP）地址，也称为群集IP。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平滑替换至备用调度器，确保高可用性。

• 第二层：服务器池，群集所提供的应用服务（如HTTP、FTP）由服务器池承担，其中每个节点具有独立的RIP（真实IP）地址，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，负载调度器的容错机制会将其隔离，等待错误排除后在将其重新纳入服务器池。

• 第三层：共享存储，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。在Linux/UNIX环境中，共享存储可以使用NAS设备，或者提供NFS（网络文件系统）共享服务的专用服务器。

3、负载均衡的工作模式

关于群集的负载调度技术，可以基于IP、端口、内容等进行分发，其中基于IP的负载调度是效率最高的，基于IP的负载均衡模式中，常见的有地址转换、IP隧道和直接路由三种工作模式，如下图：

• 地址转换：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，但负载调度器的压力较大。

• IP隧道：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：简称DR模式，采用半开放的网络结构，与TUN模式的结构类似，但各节点不是分散在各地的，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。

以上三种工作模式中，NAT方式只需要一个公网IP地址，从而成为最易用的一种负载均衡模式，安全性也比较好，许多硬件负载均衡设备就采用这种方式；相比较而言，DR模式和TUN模式的负载能力更加强大，适用范围更广，但节点的安全性要稍微差一些。

二、LVS虚拟服务器

Linux Virtual Server是针对Linux内核开发的一个负载均衡项目，官网是：http://www.linuxvirtualserver.org/ 可以进入官网查阅相关的技术文档。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率的解决方法。LVS现在已经成为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：

[root@centos01 ~]# modprobe ip_vs      
[root@centos01 ~]# 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

1、LVS的负载调度算法

针对不同的网络服务和配置需要，LVS调度器提供多种不同的负载调度算法，其中最常用的四种算法包括轮询、加权轮询、最少连接和加权最少连接。

• 轮询（rr）：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（wrr）：根据真实服务器的处理能力轮流分配收到的访问请求，调度器可以自动查询个节点的负载情况，并动态调整其权重。这样可以保证处理能力强的服务器承担更多的访问流量。

• 最少连接（lc）：根据真实服务器已建立的连接数进行分配，将受到的访问请求优先分配给连接数最少的节点，如果所有的服务器节点性能相近，采用这种方式可以更好地均衡负载。

• 加权最少连接（wlc）：在服务器节点的性能差异较大的情况下，可以为真实服务器自动调整权重，权重较高的节点将承担更大比例的活动连接负载。

2、使用ipvsadm管理工具

ipvsadm是在负载调度器上使用的LVS群集管理工具，通过调用ip_vs模块来添加、删除服务器节点，以及查看群集的运行状态。

[root@centos01 ~]# yum -y install ipvsadm 
[root@centos01 ~]# ipvsadm -v      
ipvsadm v1.27 2008/5/15 (compiled with popt and IPVS v1.2.1)

1）创建虚拟服务器

若群集的VIP地址为172.16.16.172，针对TCP 80端口提供负载分流服务，使用的调度算法为轮询，则对应的ipvsadm命令操作如下所示，对于负载均衡调度器来说，VIP必须是本机实际已启用的IP地址：

[root@centos01 ~]# ipvsadm -A -t 172.16.16.172:80 -s rr

上述操作中，选项-A表示添加虚拟服务器，-t用来指定VIP地址及TCP端口，-s用来指定负载调度算法——轮询（rr）、加权轮询（wrr）、最少连接（lc）、加权最少连接（wlc）。

2）添加服务器节点

为虚拟服务器172.16。16.172添加四个服务器节点，IP地址依次为192.168.7.21~24，对应的ipvsadm命令操作如下所示。若希望使用保持连接，还应添加“-p 60”选项，其中60为保持时间（单位为s）：

[root@centos01 ~]# ipvsadm -a -t 172.16.16.172:80 -r 192.168.7.21:80 -m -w 1
[root@centos01 ~]# ipvsadm -a -t 172.16.16.172:80 -r 192.168.7.22:80 -m -w 1
[root@centos01 ~]# ipvsadm -a -t 172.16.16.172:80 -r 192.168.7.23:80 -m -w 1
[root@centos01 ~]# ipvsadm -a -t 172.16.16.172:80 -r 192.168.7.24:80 -m -w 1

上述操作中，选项-a表示添加真实服务器，-t用来指定VIP地址及TCP端口，-r用来指定RIP（真实IP）地址及TCP端口，-m表示使用NAT群集模式（-g DR模式和-i TUN模式），-w用来设置权重（权重为0时表示暂停节点）。

3）查看群集节点状态

结合选项-l可以列表查看LVS虚拟服务器，可以指定只查看某一个VIP地址（默认为查看所有），结合选项-n将以数字形式显示地址、端口等信息：

[root@centos01 ~]# ipvsadm -ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  172.16.16.172:80 rr
  -> 192.168.7.21:80              Masq    1      0          0         
  -> 192.168.7.22:80              Masq    1      0          0         
  -> 192.168.7.23:80              Masq    1      0          0         
  -> 192.168.7.24:80              Masq    1      0          0      

上述输出结果中Forward列下的Masquerade（地址伪装），表示采用的群集模式为NAT；如果是Route，则表示采用的群集模式为DR。

4）删除服务器节点

需要从服务器池中删除某一个节点时，使用选项-d。执行删除操作必须指定目标对象，包括节点地址、虚拟IP地址。例如，以下操作将会删除LVS群集172.16.16.172中的节点192.168.7.24。

[root@centos01 ~]# ipvsadm -d -r 192.168.7.24:80 -t 172.16.16.172:80

需要删除整个虚拟服务器时，使用选项-D并指定虚拟IP地址即可，无须指定节点。例如，若执行“ipvsadm -D -t 172.16.16.172：80”，则删除此虚拟化服务器。

5）保存负载分配策略

使用导出/导入工具ipvsadm-save/ipvsadm-restore可以保存、恢复LVS策略。当然也可以快速清除、重建负载分配策略。

[root@centos01 ~]# ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm  
[root@centos01 ~]# cat /etc/sysconfig/ipvsadm  
-A -t 172.16.16.172:http -s rr 
-a -t 172.16.16.172:http -r 192.168.7.21:http -m -w 1
-a -t 172.16.16.172:http -r 192.168.7.22:http -m -w 1
-a -t 172.16.16.172:http -r 192.168.7.23:http -m -w 1
[root@centos01 ~]# systemctl stop ipvsadm 
[root@centos01 ~]# systemctl start ipvsadm 
[root@centos01 ~]# systemctl enable nfs
[root@centos01 ~]# systemctl enable rpcbind

2）设置共享目录

NFS的配置文件为/etc/exports，文件内容默认为空（无任何共享）。在exports文件中设置共享资源时，记录格式为“目录位置 客户机地址（权限选项）”。例如，若要将文件夹/opt/wwwroot共享给172.16.16.0/24网段使用，允许读写操作，具体配置如下所示：

[root@centos01 ~]# mkdir -p /opt/wwwroot 
[root@centos01 ~]# vim /etc/exports 
/opt/wwwroot    192.168.100.0/24(rw,sync,no_root_squash)

*上述配置中“192.168.100.0/24”表示允许访问的客户机地址，可以是主机名、IP地址、网段地址、允许使用、？通配符；权限选项中的rw表示允许读写（ro为只读），sync表示同步写入，no_root_squash表示当前客户机以root身份访问时赋予本地root权限（默认是root_squash，将作为nfsnobody用户对待）。**

当需要将同一个目录共享给不同的客户机，且分配不同权限时，只要用空格分隔指定多个“客户机（权限选项）”即可。例如，以下操作将/var/ftp/public目录共享给两个客户机，并分别给予只读、读写权限。

[root@centos01 ~]# vim /etc/exports
/var/ftp/pub    192.168.4.11(ro) 192.168.4.110(rw)

3）启动NFS服务程序

[root@centos01 ~]# systemctl start rpcbind
[root@centos01 ~]# systemctl start nfs
[root@centos01 ~]# netstat -anptu | grep rpcbind
udp        0      0 0.0.0.0:965             0.0.0.0:*                           2064/rpcbind        
udp        0      0 0.0.0.0:111             0.0.0.0:*                           2064/rpcbind        
udp6       0      0 :::965                  :::*                                2064/rpcbind        
udp6       0      0 :::111                  :::*                                2064/rpcbind     

4）查看本机发布的NFS共享目录

[root@centos01 ~]# showmount -e
Export list for centos01:
/opt/wwwroot 192.168.100.0/24
/var/ftp/pub 192.168.4.110,192.168.4.11

2、在客户端中访问NFS共享资源

NFS协议的目标是提供一种网络文件系统，因此对NFS共享的访问也使用mount命令进行挂载，对应的文件系统类型为nfs，既可以手动挂载，也可以加入fstab配置文件来实现开机自动挂载，考虑到群集系统中的网络稳定性，NFS服务器与客户机之间最好使用专有网络进行连接。

1）安装rpcbind软件包，并启动rpcbind服务

若要正常访问NFS共享资源，客户机中也需要安装rpcbind软件包，并启动rpcbind系统服务。另外，为了使用showmount查询工具，建议将nfs-utils软件包也一起装上。

[root@centos02 ~]# yum -y install nfs-utils rpcbind
[root@centos02 ~]# systemctl start rcpbind
[root@centos02 ~]# systemctl enable rcpbind

如果客户端已经安装了nfs-utils软件包，则客户端也可以使用showmount查看NFS服务器端共享了哪些目录，查询格式为“showmount -e 服务器地址”。

[root@centos02 ~]# showmount -e 192.168.100.10
Export list for 192.168.100.10:
/opt/wwwroot 192.168.100.0/24
/var/ftp/pub 192.168.4.110,192.168.4.11

2）手动挂载NFS共享目录

以root用户身份执行mount操作，将NFS服务器共享的/opt/wwwroot目录挂载到本地目录/var/www/html。与挂载本地文件系统不同的是，设备位置处应指出服务器地址。

[root@centos02 ~]# mount 192.168.100.10:/opt/wwwroot /var/www/html  
[root@centos02 ~]# df -hT /var/www/html
文件系统                    类型  容量  已用  可用 已用% 挂载点
192.168.100.10:/opt/wwwroot nfs4   76G  3.7G   73G    5% /var/www/html

3）fstab自动挂载设置

修改/etc/fstab配置文件，加入NFS共享目录的挂载设置。注意将文件系统类型设为nfs,挂载参数建添加_netdev（设备需要网络）；若添加soft、intr参数可以实现软挂载，允许在网络中断时放弃挂载。这样客户端就可以在每次开机后自动挂载NFS共享资源了。

[root@centos02 ~]# vim /etc/fstab
......  
192.168.100.10:/opt/wwwroot /var/www/html                         nfs     defaults,_netdev        0 0

完成挂载后，访问客户机的/var/www/html文件夹，就相当于访问NFS服务器中的/opt/wwwroot文件夹，其中网络映射过程对于用户程序来说是完全透明的。

—————— 本文至此结束，感谢阅读 ——————