LVS负载均衡群集

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一、企业群集应用概述

群集的含义:
名称: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。

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。

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

根据集群所针对的目标差异,可分为三种类型

  • 负载均衡群集
  • 高可用群集
  • 高性能运算群集

负责均衡群集(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

高可用群集(high avaliability 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

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”、“并行运算”,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”“网络计算”等

三、负载均衡群集架构

负载均衡的结构:

  • 第一层,负载调度器(load balancer或director)
    访问整个集群系统的唯一入口,对外使用服务器公有的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)
    为服务器池中所有节点提供稳定、一致的文件存储服务,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。

LVS负载均衡群集_第1张图片

四、负载均衡群集工作模式

负载均衡群集是目前企业用的最多的群集类型,群集的负载调度技术有三种工作模式
LVS的三种模式:

  • NAT模式
    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
    LVS负载均衡群集_第2张图片
    TUN模式
    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

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  • DR模式
    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。

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五、LVS虚拟服务器

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搞笑的解决方法
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,并查看系统中ip_vs模块的版本信息。
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LVS的负载调度算法

轮询(Round Robin)

将收到访问请求按照顺序轮流分配给集群中的各节点(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取任务,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最少的节点

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
性能较高的节点将更大比例的活动连接负载

六、实验

使用ipvsadm工具完成操作

ipvsadm命令选项:

-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: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集群模式
-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)
-p 60:表示保持长连接60秒(默认关闭连接保持)
-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 -ln

需要准备五台虚拟机:
两台节点虚拟机:192.168.136.51
192.168.136.52
一台NFS虚拟机:192.168.136.53
一台网关和LVS配置服务器:192.168.136.54
一台Windows虚拟机:12.0.0.30

要求:
LVS负载均衡群集_第6张图片
1.部署共享存储(NFS服务器:192.168.80.13)
yum install nfs-utils rpcbind -y
systemctl start rpcbind.service
systemctl start nfs.service

systemctl enable nfs.service
systemctl enable rpcbind.service

mkdir /opt/kgc /opt/benet
chmod 777 /opt/kgc /opt/benet
echo ‘this is kgc web!’ > /opt/kgc/index.html
echo ‘this is benet web!’ > /opt/benet/index.html

vim /etc/exports
/usr/share *(ro,sync)
/opt/kgc 192.168.80.0/24(rw,sync)
/opt/benet 192.168.80.0/24(rw,sync)
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2.配置节点服务器(192.168.136.51、192.168.136.52)
因为之前装过Nginx,所以就无需再装
yum install nfs-utils rpcbind -y
在这里插入图片描述
LVS负载均衡群集_第8张图片
LVS负载均衡群集_第9张图片
改好网卡配置重启网卡生效,别忘了其他服务器的网关需要设置为54,因为连接的网关是网关服务器的内网网关。

3.配置负载调度器(内网关 ens33:192.168.136.54,外网关 ens35:12.0.0.30)
需再添加一个网卡,并且修改网卡配置

(1)配置SNAT转发规则
vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward = 1
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
(2)加载LVS内核模块
modprobe ip_vs #加载 ip_vs模块
(3)安装ipvsadm 管理工具
yum -y install ipvsadm

启动服务前须保存负载分配策略
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
或者 ipvsadm --save > /etc/sysconfig/ipvsadm

systemctl start ipvsadm.service

(4)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 [-p 60]
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.80.11:80 -m [-w 1]
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.80.12:80 -m [-w 1]
ipvsadm #启用策略

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

ipvsadm -d -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.80.11:80 #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(清空策略),如果selinux没关闭/etc/sysconfig/ipvsadm内容也会清空
systemctl start ipvsadm #启动服务(根据/etc/sysconfig/ipvsadm恢复策略)
ipvsadm-restore < /opt/ipvsadm #恢复LVS 策略

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Windows服务器设置:
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浏览器访问验证
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