LVS负载均衡集群
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
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
企业群集分类
根据群集所针对的目标差异，可分为三种类型
负载均衡群集
高可用群集
高性能运算群
1、负载均衡群集
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
2、高可用群集
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
3、高性能运算群集
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
负载均衡群集架构
1、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。
2、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
群集的负载调度技术有三种工作模式（LVS）
地址转换
IP隧道
直接路由
LVS的三种工作模式
1、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
2、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
3、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
调度器仅作为客户端的访问入口，节点服务器的响应消息是直接返回给客户端的，不经过调度器，节点服务器与调度器是部署在同一个局域网内，因此不需要建立专用的IP隧道，DR模式是企业的首选模式
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：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
NAT模式 LVS负载均衡群集部署
负载调度器 内网关：ens33 192.168.47.100 外网关：ens35 12.0.0.130
节点服务器1：192.168.47.30
节点服务器2：192.168.47.50
NFS服务器：192.168.47.10
客户端：12.0.0.200
1.部署共享存储（NFS服务器：192.168.47.10）
关闭防火墙
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0
2.查看rpcbind 和nfs-utils是否安装，没安装就安装
yum install nfs-utils rpcbind -y
systemctl start rpcbind.service
systemctl start nfs.service
systemctl enable nfs.service
systemctl enable rpcbind.service
3.创建两个共享页面并共享
[root@localhost opt]# mkdir /opt/host30 创建共享目录
[root@localhost opt]# mkdir /opt/host50
[root@localhost opt]# ls
host30 host50
[root@localhost opt]# echo 'this is web 30' > host30/index.html
[root@localhost opt]# echo 'this is web 50' > host50/index.html
[root@localhost opt]# vim /etc/exports
[root@localhost opt]# ls
host30 host50
[root@localhost opt]# vim /etc/exports 添加共享目录到对应主机
[root@localhost opt]# systemctl start --now rpcbind nfs
[root@localhost opt]# systemctl enable --now rpcbind nfs
Created symlink from /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/nfs-server.service to /usr/lib/systemd/system/nfs-server.service.
[root@localhost opt]# showmount -e 查看共享状态
Export list for localhost.localdomain:
/opt/host50 192.168.47.0/24
/opt/host30 192.168.47.0/24
2.配置节点服务器（192.168.47.30 192.168.47.50）
关闭防火墙
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0
创建nginx的yum源
[nginx-stable]
name=nginx stable repo
baseurl=http://nginx.org/packages/centos/7/$basearch/
gpgcheck=0
enabled=1yum源安装nginx
设置网关
查看NFS服务器是否共享成功
3、配置负载调度器（内网关 ens33：192.168.47.100，外网关 ens35：12.0.0.130）
关闭防火墙
配置内外网关
配置SNAT转发规则
vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward = 1 
创建SNAT规则
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.47.0/24 -o ens35 -j SNAT --to 12.0.0.130
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
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
为例测试迅速，记得关闭nginx的长连接
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）
DR模式 LVS负载均衡群集部署
部署准备
DR服务器：192.168.47.10
web1节点服务器：192.168.47.30
web2节点服务器：192.168.47.50
共享服务器：192.168.47.100
VIP：192.168.47.188
数据包流向分析：
（1）客户端发送请求到 Director Server（负载均衡器），请求的数据报文（源 IP 是 CIP,目标 IP 是 VIP）到达内核空间。
（2）Director Server 和 Real Server 在同一个网络中，数据通过二层数据链路层来传输。
（3）内核空间判断数据包的目标IP是本机VIP，此时IPVS（IP虚拟服务器）比对数据包请求的服务是否是集群服务，是集群服务就重新封装数据包。修改源 MAC 地址为 Director Server 的 MAC地址，修改目标 MAC 地址为 Real Server 的 MAC 地址，源 IP 地址与目标 IP 地址没有改变，然后将数据包发送给 Real Server。
（4）到达 Real Server 的请求报文的 MAC 地址是自身的 MAC 地址，就接收此报文。数据包重新封装报文(源 IP 地址为 VIP，目标 IP 为 CIP)，将响应报文通过 lo 接口传送给物理网卡然后向外发出。
（5）Real Server 直接将响应报文传送到客户端。
DR 模式的特点：
（1）Director Server 和 Real Server 必须在同一个物理网络中。
（2）Real Server 可以使用私有地址，也可以使用公网地址。如果使用公网地址，可以通过互联网对 RIP 进行直接访问。
（3）Director Server作为群集的访问入口，但不作为网关使用。
（4）所有的请求报文经由 Director Server，但回复响应报文不能经过 Director Server。
（5）Real Server 的网关不允许指向 Director Server IP，即Real Server发送的数据包不允许经过 Director Server。
（6）Real Server 上的 lo 接口配置 VIP 的 IP 地址。
1.配置负载调度器（192.168.47.10）
systemctl stop firewalld.service
setenforce 0
modprobe ip_vs
cat /proc/net/ip_vs
yum -y install ipvsadm
配置虚拟 IP 地址（VIP：192.168.47.188）
调整 proc 响应参数
#由于 LVS 负载调度器和各节点需要共用 VIP 地址，需要关闭 icmp 的重定向，不充当路由器。
vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward = 0
net.ipv4.conf.all.send_redirects = 0
net.ipv4.conf.default.send_redirects = 0
net.ipv4.conf.ens33.send_redirects = 0
sysctl -p
配置负载分配策略
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
systemctl start ipvsadm
ipvsadm -C
ipvsadm -A -t 192.168.47.188:80 -s rr
ipvsadm -a -t 192.168.47.188:80 -r 192.168.47.30:80 -g #若隧道模式，-g替换为-i
ipvsadm -a -t 192.168.47.188:80 -r 192.168.47.50:80 -g
ipvsadm
ipvsadm -ln #查看节点状态，Route代表 DR模式
2.部署共享存储（NFS服务器：192.168.47.100）
systemctl stop firewalld.service
setenforce 0
yum -y install nfs-utils rpcbind
mkdir /opt/kgc /opt/host30
chmod 777 /opt/kgc /opt/host50
vim /etc/exports
/usr/share *(ro,sync)
/opt/host30 192.168.47.0/24(rw,sync)
/opt/host50 192.168.47.0/24(rw,sync)
systemctl start rpcbind.service
systemctl start nfs.service
3.配置节点服务器（192.168.47.30、192.168.47.50）
systemctl stop firewalld.service
setenforce 0
（1）配置虚拟 IP 地址（VIP：192.168.47.188）
#此地址仅用作发送 Web响应数据包的源地址，并不需要监听客户机的访问请求（改由调度器监听并分发）。因此使用虚接口 lo∶0 来承载 VIP 地址，并为本机添加一条路由记录，将访问 VIP 的数据限制在本地，以避免通信紊乱。
cd /etc/sysconfig/network-scripts/
cp ifcfg-lo ifcfg-lo:0
vim ifcfg-lo:0
DEVICE=lo:0
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.47.188
NETMASK=255.255.255.255 #注意：子网掩码必须全为 1
ifup lo:0
ifconfig lo:0
route add -host 192.168.47.188 dev lo:0
vim /etc/rc.local
/sbin/route add -host 192.168.47.188 dev lo:0
chmod +x /etc/rc.d/rc.local
（2）调整内核的 ARP 响应参数以阻止更新 VIP 的 MAC 地址，避免发生冲突
vim /etc/sysctl.conf
......
net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1 #系统只响应目的IP为本地IP的ARP请求
net.ipv4.conf.lo.arp_announce = 2 #系统不使用IP包的源地址来设置ARP请求的源地址，而选择发送接口的IP地址
net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2
sysctl -p
或者
echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
echo "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
echo "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
sysctl -p
yum -y install nfs-utils rpcbind httpd
systemctl start rpcbind
systemctl start httpd
mount 192.168.47.100:/opt/host30 /var/www/html #挂载
mount 192.168.47.100:/opt/host50 /var/www/html
4.测试 LVS 群集
LVS调度器常见算法（均衡策略）
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。