LVS及负载均衡群集的搭建

一、群集简介

群集是为解决某个特定问题将多台计算机组合起来形成的单个系统，由多台主机构成，但对外只表现为一个整体，相当于一台大型计算机提供服务。

        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，所有产生了LVS群集技术提供稳定高效服务。
2.性能扩展方式

纵向扩展——对服务器的CPU、内存、硬盘等硬件进行升级或者扩容来实现，但存在性能上限会有瓶颈，成本昂贵，收效比不高等问题。

横向扩展——通过增加服务器主机数量来应该高并发的场景。

3.群集的分类

负载均衡（LB）

提高应用系统的响应效率，处理更多的访问请求，减少延迟，提高并发和负载能力。

        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（HA）

提高应用系统的可靠性，减少服务中断时间，确保服务的连续性。

        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（HPC）

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。

二、负载均衡群集简介及搭建

负载均衡群集是目前企业中用的最多的群集类型

1.负载均衡群集架构

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。

三种负载调度工作模式

1、NAT模式

①、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
②、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

①、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的负载调度算法

轮询：Round Robin，将收到的访问请求按顺序轮流分配给群集中的各节点真实服务器中，不管服务器实际的连接数和系统负载。

加权轮询：Weighted Round Robin，根据真实服务器的处理能力轮流分配收到的访问请求，调度器可自动查询各节点的负载情况，并动态跳转其权重，保证处理能力强的服务器承担更多的访问量。

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少的节点，如所有服务器节点性能都均衡，可采用这种方式更好的均衡负载。

加权最少连接：Weighted Least Connections，服务器节点的性能差异较大的情况下，可以为真实服务器自动调整权重，权重较高的节点将承担更大的活动连接负载。

基于局部性的最少连接：LBLC，基于局部性的最少连接调度算法用于目标 IP 负载平衡，通常在高速缓存群集中使用。如服务器处于活动状态且处于负载状态，此算法通常会将发往 IP 地址的数据包定向到其服务器。如果服务器超载（其活动连接数大于其权重），并且服务器处于半负载状态，则将加权最少连接服务器分配给该 IP 地址。

复杂的基于局部性的最少连接：LBLCR，具有复杂调度算法的基于位置的最少连接也用于目标IP负载平衡，通常在高速缓存群集中使用。与 LBLC 调度有以下不同：负载平衡器维护从目标到可以为目标提供服务的一组服务器节点的映射。对目标的请求将分配给目标服务器集中的最少连接节点。如果服务器集中的所有节点都超载，则它将拾取群集中的最少连接节点，并将其添加到目标服务器群中。如果在指定时间内未修改服务器集群，则从服务器集群中删除负载最大的节点，以避免高度负载。

目标地址散列调度算法：DH，该算法是根据目标 IP 地址通过散列函数将目标 IP 与服务器建立映射关系，出现服务器不可用或负载过高的情况下，发往该目标 IP 的请求会固定发给该服务器。

源地址散列调度算法：SH，与目标地址散列调度算法类似，但它是根据源地址散列算法进行静态分配固定的服务器资源。

最短延迟调度：SED，最短的预期延迟调度算法将网络连接分配给具有最短的预期延迟的服务器。如果将请求发送到第 i 个服务器，则预期的延迟时间为（Ci +1）/ Ui，其中 Ci 是第 i 个服务器上的连接数，而 Ui 是第 i 个服务器的固定服务速率（权重） 。

永不排队调度：NQ，从不队列调度算法采用两速模型。当有空闲服务器可用时，请求会发送到空闲服务器，而不是等待快速响应的服务器。如果没有可用的空闲服务器，则请求将被发送到服务器，以使其预期延迟最小化（最短预期延迟调度算法）。