8月14-15日上课内容 LVS负载均衡的群集

知识点：

本章结构:

企业群集概述

集群的含义：

 1、群集的含义
①、Cluster、集群、群集
②、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（域名与IP地址），相当于一台大型计算机。

集群的分类

HA 表示高可用  作用：冗余、备份、解决单点故障

分布式 并发

1、根据集群所针对的目标差异，可分为三类

负载均衡群集

高可用群集

高性能运算群集

2、负载均衡群集(Load Balance Cluster)

①、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

②、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

3、高可用群集 (High Availability Cluster)

①、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、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

4、高性能运算群集 (High Performance Computer Cluster)

①、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

②、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

 

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。
 

负载均衡集群工作模式分析

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

地址转换

IP隧道

直接路由

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

高并发时，负载压力大。但是安全性高
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

TUN模式

IP隧道

IP Tunnel，简称TUN模式

负载调度器仅作为客户机的访问入口，各节点（服务器）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，具有独立的公网地址，需要配置大量的网关地址，通过专用的IP通道与负载调度器相互通信。受ip隧道额外影响

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（位于同一网络），不需要建立专用的IP隧道，调度器只负责接收，

关于LVS虚拟服务器

1、Linux Virtual Server

LVS是针对Linux内核的负载均衡解决方案

modprobe ip_vs

cat /proc/net/ip_vs

确认内核对LVS的支持 查看安装版本

LVS的调度算法

①、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

②、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

③、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

④、加权最少连接(Weighted L east 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

轮询：把请求按顺序轮流平均分配给各个服务器

加权轮询：设置权重，性能强的服务器设置权重高，承担更多的访问流量

最少连接：把请求优先分配给连接数少的节点

加权：自动调整权重， 让性能高的服务器处理更多的连接

LVS集群的创建与管理

①、步骤
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、保存负载分配策略

LVS的管理工具是ipvsadm
②、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
-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

③、实际案例
环境：LVS调度器作为Web 服务器池的网关，LVS具有两块网卡，分别连接内外网，使用轮询（rr）调度算法。

总体架构示意图：

lvs 组成 作用
组成
lvs基于内核态的netfilter框架实现的IPVS功能，工作在内核态

用户配置VIP等相关信息并且传递到IPVS 就需要用到IPVSadm工具

ipvsadm: IPVSadm是lvs用户态的配套的工具，可以实现VIP和RS 增删改查

IPVSadm 就是类似于iptabls工具的地位

作用:
主要用于多服务器的负载均衡

工作在网络层，可实现高性能，高可用的服务集群技术

廉价， 可以把许多低性能服务器组合在一起形成一个超级服务器

易用配置简单 有多重负载均衡的方式

稳定可靠，即使在集群的服务器中某台服务器无法正常工作，也不影响整体效果

可扩展性好

################NAT模式 LVS负载均衡群集部署###############
LVS负载调度器：ens33：192.168.10.19 ens37：10.0.0.1（vmnet3）
Web1 节点服务器1：192.168.10.16
Web2 节点服务器2：192.168.10.17
NFS服务器：192.168.10.18
客户端（win10）：10.0.0.12 (Vmnet3)

PS: 
① win10虚拟机（客户端）网关设置为10.0.0.1
② web服务器 网关设置为 192.168.10.19

1、部署共享存储（NFS服务器：192.168.10.18）
systemctl stop firewalld.service 
systemctl disable firewalld.service 
setenforce 0

yum install -y nfs-utils rpcbind

systemctl start nfs.service 
systemctl start rpcbind.service
systemctl enable nfs.service 
systemctl enable rpcbind.service

mkdir /opt/kgc /opt/benet
chmod 777 /opt/kgc /opt/benet

vim /etc/exports
/usr/share *(ro,sync)
/opt/kgc 192.168.10.0/24(rw,sync)
/opt/benet 192.168.10.0/24(rw,sync)

#发布共享
exportfs -rv
showmount -e

设置永久关闭， 需要重启机器生效

 

安装：

 启动：

创建共享目录，赋权 

vim /etc/exports 配置共享，查看

 

 要配置网段

2、配置节点服务器（后端服务器）
192.168.10.16、192.168.10.17
systemctl stop firewalld.service 
systemctl disable firewalld.service 
setenforce 0

#修改网卡网关为LVS服务器

yum install -y httpd
systemctl start httpd.service 
systemctl enable httpd.service

yum install -y nfs-utils rpcbind

systemctl start rpcbind.service
systemctl enable rpcbind.service

showmount -e 192.168.10.18

#web1：192.168.10.16
mount.nfs 192.168.10.18:/opt/kgc /var/www/html/

echo 'this is kgc' > /var/www/html/index.html

vim /etc/fstab 
192.168.10.18:/opt/kgc /var/www/html nfs defaults,_netdev 0 0
mount -a

http安装

启动一下

查看一下

查看挂载情况，临时挂载

设置永久挂载

vim /etc/fstab

写入一些数据

#web2：192.168.10.17
mount.nfs 192.168.10.18:/opt/benet /var/www/html/

echo 'this is benet' > /var/www/html/index.html

vim /etc/fstab 
192.168.10.18:/opt/benet /var/www/html nfs defaults,_netdev 0 0

mount -a

启动：

安装rpcbind

一样查看一下

挂载

写入一些内容，查看一下

最后到server查看一下

######配置负载调度器LVS（ens33：192.168.10.19 ens37：10.0.0.1）
systemctl stop firewalld.service 
systemctl disable firewalld.service 
setenforce 0

------（1）、配置SNAT转发规则-------
vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward=1

sysctl -p
或者：echo '1' > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward

iptables -t nat -F
iptables -F
[root@lvs ~]# iptables -t nat -nL
Chain PREROUTING (policy ACCEPT)
target     prot opt source               destination         

Chain INPUT (policy ACCEPT)
target     prot opt source               destination         

Chain OUTPUT (policy ACCEPT)
target     prot opt source               destination         

Chain POSTROUTING (policy ACCEPT)
target     prot opt source               destination  

iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.10.0/24 -o ens37 -j SNAT --to-source 10.0.0.1

nat表:修改数据包中的源、目标IP地址或端口
POSTROUTING: 在进行路由判断之"后"所要进行的规则(SNAT/MASQUERADE)
PREROUTING: 在进行路由判断之"前"所要进行的规则(DNAT/REDIRECT)
-A: 在规则链的末尾加入新规则
-s: 匹配来源地址IP/MASK.
-o 网卡名称匹配从这块网卡流出的数据
-i 网卡名称匹配从这块网卡流入的数据
-j 控制类型

-------（2）、加载LVS内核模块-------------
modprobe ip_vs   #手动加载ip_vs模块
cat /proc/net/ip_vs    #查看ip_vs版本信息

-------（3）、安装ipvsadm管理工具-------------
yum install -y ipvsadm

#注意：启动服务前必须保存负载分配策略，否则将会报错
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
或者
ipvsadm --save > /etc/sysconfig/ipvsadm
或者
touch /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 10.0.0.1:80 -s rr
ipvsadm -a -t 10.0.0.1:80 -r 20.0.0.110:80 -m -w 1
ipvsadm -a -t 10.0.0.1:80 -r 192.168.10.17:80 -m -w 1

-A    添加虚拟服务器
-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 (后端节点服务器)
-t    指定 VIP地址及 TCP端口
-m    表示使用 NAT群集模式.
-w    设置权重 (权重为 0 时表示暂停节点)

ipvsadm     #启动策略

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

-----------------------------------------------------------
ipvsadm -d -t 10.0.0.1:80 -r 192.168.10.16:80 -m -w 1     #删除群集中某一节点服务器
ipvsadm -D -t 10.0.0.1:80     #删除整个虚拟服务器
systemctl stop ipvsadm     #停止服务（清除策略）
systemctl start ipvsadm    #启动服务（重建规则）
ipvsadm-restore > /etc/sysconfig/ipvsadm      #恢复LVS策略

配置转发信息

清空nat表规则，查看一下

在虚拟机设置里面添加一个网卡

复制一个网卡配置

注：要根据自己的网卡来，ifconfig查看一下，不一定是37，也可能是36 38

修改网卡配置

删除uuid

修改ens33为36/37/38

GATEWAY和DNS注释掉

重启网卡后查看一下

配置防火墙

查看一下

安装ipvs

保存策略

重启

配置负载分配策略

测试：
在win10上使用浏览器访问10.0.0.1，刷新浏览器测试负载均衡
PS:刷新间隔时间需要稍长一点

web可以访问：

浏览器不能访问，因为没有配置网卡的网关，修改网卡网关为LVS服务器

 

这样就能访问了