4.LVS负载均衡集群

LVS负载均衡集群

集群介绍

• 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
  • 多台服务器干一样的事叫集群，多台服务器各司其职叫分布式

• 解决方法

  • 使用价格昂贵的小型机、大型机（纵向扩展）
  • 使用多台相对廉价的普通服务器构建服务群集（横向扩展）
  • 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）

集群类型

• 根据群集所针对的目标差异，可分为三种类型

  • 负载均群集
  • 高可用群集
  • 高性能运算群集

• 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
  • 应用代表：软件类：LVS、Nginx、HAproxy 硬件：F5、绿盟

• 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
  • 2-5个9之间
  • 代表：Keepalived、heartbeat
  • 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

• 负载均衡的结构

  • 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。

1. 客户端通过VIP地址，将访问请求发送到负载均衡器
2. 调度器会根据调度算法找到适合的节点服务器，并将请求通过RIP转发到对应的节点服务器
3. NAS或文件服务器一般也会与节点服务器在同一个局域网内，并会通过NFS服务将共享目录里的文件数据同步给各个节点服务器

LVS工作模式

• 负载均衡群集是目前企业用得最多的群集类型

• 群集的负载调度技术有三种工作模式

  • 地址转换
  • IP隧道
  • 直接路由

• 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

• 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

• 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

LVS虚拟服务器介绍

• Linux Virtual Server
  • 针对Linux内核开发的负载均衡解决方案
  • 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

modprobe ip_vs     ##调用LVS
cat /proc/net/ip_vs

cd /net/

• LVS的负载调度算法

  • 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 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

• LVS调度器用的调度方法基本分为两类：

• 固定调度算法：rr，wrr，dh，sh

  • ==rr：轮询算法,==将请求依次分配给不同的rs节点，即RS节点中均摊分配。适合于RS所有节点处理性能接近的情况。
  • ==wrr：加权轮训调度，==依据不同RS的权值分配任务。权值较高的RS将优先获得任务，并且分配到的连接数将比权值低的RS更多。相同权值的RS得到相同数目的连接数。
  • dh：目的地址哈希调度（destination hashing）以目的地址为关键字查找一个静态hash表来获得所需RS。
  • sh：源地址哈希调度（source hashing）以源地址为关键字查找一个静态hash表来获得需要的RS。

• 动态调度算法：wlc，lc，lblc

  • ==wlc：加权最小连接数调度，==假设各台RS的权值依次为Wi，当前tcp连接数依次为Ti，依次去Ti/Wi为最小的RS作为下一个分配的RS。
  • ==lc：最小连接数调度（least-connection），==IPVS表存储了所有活动的连接。LB会比较将连接请求发送到当前连接最少的RS。
  • lblc：基于地址的最小连接数调度（locality-based least-connection）：将来自同一个目的地址的请求分配给同一台RS，此时这台服务器是尚未满负荷的。否则就将这个请求分配给连接数最小的RS，并以它作为下一次分配的首先考虑。

LVS的NAT模式部署

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： 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
一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

设置NFS服务器

设置NFS服务器

## 设置NFS服务器
IP为192.168.242.69

systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0


yum -y install nfs-utils rpcbind

mkdir /opt/ggl 
mkdir /opt/abc
chmod 777 /opt/ggl 
chmod 777 /opt/abc
echo '
this is first web
' > /opt/ggl/index.html
echo '
this is second web
' > /opt/abc/index.html

vim /etc/exports
/opt/ggl 192.168.242.0/24(rw,sync)
/opt/abc 192.168.242.0/24(rw,sync)

systemctl start rpcbind
systemctl start nfs

systemctl enable rpcbind
systemctl enable nfs

showmount -e
##发布分享
exportfs -rv  

设置节点服务器

设置节点服务器

##设置节点服务器
节点1：192.168.242.67
节点2：192.168.242.68

systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0


vim /etc/yum.repos.d/nginx.repo
  
[nginx-stable]
name=nginx stable repo
baseurl=http://nginx.org/packages/centos/7/$basearch/
gpgcheck=0
enabled=1

yum install -y nginx

showmount -e 192.168.242.69

设置节点服务器一

IP地址：192.168.242.67
修改网关：192.168.242.66

vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens32

IPADDR=192.168.242.67
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=192.168.242.66

systemctl restart network

##yum安装的nginx服务的主目录在   /usr/share/nginx/html/
mount 192.168.242.69:/opt/ggl /usr/share/nginx/html/

cd /etc/nginx/
vim nginx.conf

keepalive_timeout 0;

systemctl restart nginx

设置节点服务二

IP地址：192.168.242.68
修改网关：192.168.242.66

vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens32

IPADDR=192.168.242.68
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=192.168.242.66

systemctl restart network

mount 192.168.242.69:/opt/abc /usr/share/nginx/html/

cd /etc/nginx/
vim nginx.conf

keepalive_timeout 0;

systemctl restart nginx

配置负载调度器

配置负载调度器

systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0



##设置两个网卡

ens32:192.168.242.66
ens33:12.0.0.30


vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens32

IPADDR=192.168.242.66
NETMASK=255.255.255.0


vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33

IPADDR=12.0.0.30
NETMASK=255.255.255.0

systemctl restart network

配置SNAT转发规则

vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward=1

sysctl -p

iptables -t nat -F && iptables -F
iptables -nL

iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.242.0/24 -o ens33 -j SNAT --to 12.0.0.30


iptables -t filter -A FORWARD -p tcp --dport 80 -j ACCEPT

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

cd /usr/lib/modules/3.10.0-1160.el7.x86_64/kernel/net/netfilter/ipvs/
##ip_vs的模块的位置，在内核文件中

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

systemctl start ipvsadm

ipvsadm -C           ##清空所有规则
ipvsadm -A -t 12.0.0.30:80 -s rr                ##添加虚拟服务器

##添加节点服务器
ipvsadm -a -t 12.0.0.30:80 -r 192.168.242.67:80 -m -w 1
ipvsadm -a -t 12.0.0.30:80 -r 192.168.242.68:80 -m -w 1

##激活策略
ipvsadm