LVS负载均衡群集

LVS负载均衡群集

1 企业群集

1.1 群集cluster的定义

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

所以相当于一台大型的计算机

1.2 解决办法

目前互联网应用中，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

通常有以下两个解决方法

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

1.3 企业群集分类

• 负载均衡群集
• 高可用群集
• 高性能运算群集

1.4 概念

1.4.1 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

1.4.2 高可用群集

提高应用系统的可靠性，尽可能的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

1.4.3 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”“网络计算”等

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2 负载均衡

2.1 负载均衡结构

• 第一层 负载调度器
  • 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
  • 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
  • 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
  • 为服务器池中的所以节点提供稳定，一致的文件存取服务，确保整个群集的统一性

2.2 负载均衡群集工作模式

2.2.1 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

2.2.2 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，而不在经过负载调度器

2.2.3 DR模式

采用半开放式的网络结构，与TUN模式的结构累死，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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3 LVS虚拟服务器

LinuxVirtualServer

LVS实际是相当于基于IP地址的虚拟化应用

基于IP地址和内容请求分发

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，并查看当前系统中ip_vs模块的版本信息

[root@localhost ~]# modprobe ip_vs
#手动加载
[root@localhost ~]# 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 
  #确认内核对LVS的支持
[root@localhost ~]# cd /usr/lib/modules/3.10.0-693.el7.x86_64/kernel/net/netfilter/ipvs/
[root@localhost ipvs]# ls
ip_vs_dh.ko.xz   ip_vs.ko.xz       ip_vs_lblcr.ko.xz  ip_vs_nq.ko.xz      ip_vs_rr.ko.xz   ip_vs_sh.ko.xz   ip_vs_wrr.ko.xz
ip_vs_ftp.ko.xz  ip_vs_lblc.ko.xz  ip_vs_lc.ko.xz     ip_vs_pe_sip.ko.xz  ip_vs_sed.ko.xz  ip_vs_wlc.ko.xz
[root@localhost ipvs]# ls |grep -o "^[^.]*"
ip_vs_dh
ip_vs_ftp
ip_vs
ip_vs_lblc
ip_vs_lblcr
ip_vs_lc
ip_vs_nq
ip_vs_pe_sip
ip_vs_rr
ip_vs_sed
ip_vs_sh
ip_vs_wlc
ip_vs_wrr[root@localhost ipvs]# for i in $(ls |grep -o "^[^.]*")
> do
> echo $i
> modprobe $i
#使用for循环，一次性加载

3.1 负载均衡调度算法

• 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），均等的对待每一个服务器，而不管服务器实际的连接数和系统负载

• 加权轮询wrr

  • 根据调度器设置的权重值分发请求，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

• 最小连接least conn

  • 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wlc

  • 服务器节点性能差异较大时，可以为真实服务器自动调整权重

3.2 ipvsadm工具

1. 创建虚拟服务器
2. 添加删除服务器节点
3. 查看群集及节点情况
4. 保存负载均衡策略

3.2.1 选项

-A：添加虚拟服务器

-D：删除整个虚拟fuwq

-s：指定负载调度算法（轮询，加权轮询，最少连接，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）

-p60：表示保持长连接60秒

-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

4 LVS-NAT

准备四台虚拟机

192.168.146.20做LVS调度器

192.168.146.30做nginx

192.168.146.50做nginx

192.168.146.60做nfs共享存储

4.1 部署192.168.146.30（安装nginx服务）

cd /etc/yum.repo.d/
将nginx的包拉进去
yum -y install nginx

cd /etc/nginx/
vim nginx.conf 
可以发现，他的默认server块在conf.d配置文件中
 
cd conf.d/
vim default.conf
找到他的网页根目录在/usr/share/nginx/html

将网页根目录下的所有东西，复制到共享存储服务器中
scp * 192.168.146.60:/opt

等共享存储服务器完成操作后
showmount -e 192.168.146.60
#挂载到共享服务器（临时挂载）
mount 192.168.146.60:/opt/html /usr/share/nginx/html/
#到指定目录查看是否已经共享
cd /usr/share/nginx/html/

systemctl start nginx

4.2 部署192.168.146.50（安装nginx服务）

cd /etc/yum.repo.d/
将nginx的包拉进去
yum -y install nginx
 
 
#永久挂载到共享目录
vim /etc/fstab
192.168.146.60:/opt/html /usr/share/nginx/html  nfs     defaults,_netdev        0   0

systemctl start nginx

为了以示区分，在共享文件的虚拟机中，重新创建了一个共享文件
 
umount /usr/share/nginx/html/
 
vim /etc/fstab
192.168.146.60:/opt/www /usr/share/nginx/html  nfs     defaults,_netdev        0   0

4.3 192.168.146.60（nfs共享）

mkdir html  #做网页共享目录
 mv *.html html

cd /opt/html

vim game.html


   
this is nfs share web page!
   

#检查两个服务是否已经安装，如果未安装，可以用yum直接安装
rpm -q nfs-utils rpcbind
systemctl enable --now rpc-rquotad.service nfs

vim /etc/exports
 
/opt/html 192.168.146.0/24(rw,sync,no_root_squash)
 
 
chmod 777 html/ #系统用户也需要有权限
exportfs -arv   #在线发布共享目录，不需要重启。如果通过重启来发布共享目录，可能会导致已经挂载的客户端出现卡死现象
 
 
systemctl stop firewalld.service 
setenforce 0

因为目前30和50的主机都用的同一个目录来共享文件的，不太好区别，所以可以用两个目录来区分开
cp -r html/ www
chmod 777 www
 
vim /etc/exports
/opt/html 192.168.146.0/24(rw,sync,no_root_squash)
/opt/www 192.168.146.0/24(rw,sync,no_root_squash)
 
 
exportfs -arv                                         

cd /www
vim game.html


   
this is www share web page!
   

4.4 部署192.168.146.20做LVS调度器

先添加一张网卡

vim ifcfg-ens36
TYPE=Ethernet
DEVICE=ens36
ONBOOT=yes
BOOTPROTO=static
IPADDR=12.0.0.10
NETMASK=255.255.255.0             

vim ifcfg-ens33
TYPE=Ethernet
DEVICE=ens33
ONBOOT=yes
BOOTPROTO=static
IPADDR=192.168.146.20
NETMASK=255.255.255.0
#GATEWAY=192.168.146.2
#DNS1=192.168.146.2

由于在nat模式下，所以需要将两个节点服务器30和50的网关设置为调度器的地址
 
192.168.146.30
vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33
TYPE=Ethernet
DEVICE=ens33
ONBOOT=yes
BOOTPROTO=static
IPADDR=192.168.146.30
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=192.168.146.20
#DNS1=192.168.146.2
systemctl restart network
 
 
 
192.168.146.50
vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33
TYPE=Ethernet
DEVICE=ens33
ONBOOT=yes
BOOTPROTO=static
IPADDR=192.168.146.50
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=192.168.146.20
#DNS1=192.168.146.2
systemctl restart network
 

设置ip转发功能
vim /etc/sysctl.conf 
net.ipv4.ip_forward=1
 
sysctl -p  #加载
 
 
 
iptables -F && iptables -t nat -F  #清空iptables规则
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.146.0/24 -o ens36 -j SNAT --to 12.0.0.10
iptables -nL -t nat

modprobe ip_vs  #加载模块(此实验只要加载一个通用的就可以了）
如果想加载全部，就去/usr/lib/modules/3.10.0-693.el7.x86_64/kernel/net/netfilter/ipvs/
用for循环，遍历加载
for i in $(ls ./)
do
a=$(echo $i | awk -F. '{print $1}')
modprobe $a
echo "$a"
done

yum -y install ipvsadm
 
 
如果直接启动ipvsadm会报错
/var/log/messages查看一下，原因是缺少/etc/sysconfig/ipvsadm这个文件，所以我们可以手动给他添加一下
 
 
 
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
systemctl start ipvsadm

配置负载分配策略（NAT模式只要在调度器上配置，节点服务器不需要特殊配置）
ipvsadm -ln  #查看是否有规则
ipvsadm -C   #清楚现有规则
 
 
ipvsadm -A -t 12.0.0.10:80 -s rr  #添加一个虚拟服务器
ipvsadm -a -t 12.0.0.10:80 -r 192.168.146.30:80 -m #添加节点服务器
ipvsadm -a -t 12.0.0.10:80 -r 192.168.146.50:80 -m
  
ipvsadm   #启用

4.5 测试修改客户端的模式也为vnate1 模式，并且修改ip地址