LVS 集群架构介绍
目录
一、集群概念介绍
集群术语须知：
二、什么是集群
三、集群的分类
1、集群主要分成三大类：
2负载均衡群集架构
3、负载均衡群集工作模式分析
四、LVS虚拟服务器
1、Linux Virtual Server
2、LVS负载调度算法
五、LVS的管理工具 ipvsadm
1、介绍ipvsadm
2、ipvsadm作用
3、lvs相关术语
4、ipvsadm 工具选项（LVS的管理工具：ipvsadm）
一、集群概念介绍
集群术语须知：
服务硬件：指提供计算服务的硬件，比如 PC 机、PC 服务器。
服务实体：服务实体通常指服务软体和服务硬体。
节点（node）：运行 Heartbeat 进程的一个独立主机称为节点，节点是 HA 的核心组成部分，每个节点上运行着操作系统和Heartbeat 软件服务。
资源（resource）：资源是一个节点可以控制的实体，当节点发生故障时，这些资源能够被其他节点接管。如： 磁盘分区、文件系统、IP 地址、应用程序服务、共享存储
事件（event）：事件也就是集群中可能发生的事情，例如节点系统故障、网络连通故障、网卡故障和应用程序故障等。这些事件都会导致节点的资源发生转移，HA 的测试也是基于这些事件进行的。
二、什么是集群
集群（cluster）就是一组计算机，它们作为一个整体向用户提供一组网络资源，这些单个的计算机系统就是集群的节点（node）。集群提供了以下关键的特性。
(一) 可扩展性：集群的性能不限于单一的服务实体，新的服务实体可以动态的加入到集群，从而增强集群的性能。
(二) 高可用性：集群通过服务实体冗余使客户端免于轻易遭遇到“out of service”警告。当一台节点服务器发生故障的时候，这台服务器上所运行的应用程序将在另一节点服务器上被自动接管。消除单点故障对于增强数据可用性、可达性和可靠性是非常重要的。
(三) 负载均衡: 负载均衡能把任务比较均匀的分布到集群环境下的计算和网络资源，以便提高数据吞吐量。
(四) 错误恢复： 如果集群中的某一台服务器由于故障或者维护需要而无法使用，资源和应用程序将转移到可用的集群节点上。这种由于某个节点中的资源不能工作，另一个可用节点中的资源能够透明的接管并继续完成任务的过程叫做错误恢复。
分布式与集群的联系与区别如下：
1.分布式是指将不同的业务分布在不同的地方。
2.而集群指的是将几台服务器集中在一起，实现同一业务。
3.分布式的每一个节点，都可以做集群，而集群并不一定就是分布式的。而分布式，从狭义上理解，也与集群差不多，但是它的组织比较松散，不像集群，有一定组织性，一台服务器宕了，其他的服务器可以顶上来。分布式的每一个节点，都完成不同的业务，一个节点宕了，这个业务就不可访问了。
三、集群的分类
1、集群主要分成三大类：
HA：高可用集群（High Availability Cluster）。
LBC：负载均衡集群/负载均衡系统（Load Balance Cluster）。
HPC：高性能计算（High Performance Computing）集群。
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
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，确保服务的迢续性，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
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
2负载均衡群集架构
1、 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Р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。
3、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
地址转化（NAT模式）
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（TUN模式）
lPTunnel，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lnternet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（DR模式）
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
四、LVS虚拟服务器
1、Linux Virtual Server
针对Linux内核开发的负载均衡解决方案1998年5月，由我国的章文嵩博士创建
官方网站: http://www.linuxvirtualserver.org/
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
2、LVS负载调度算法
轮询(bundRbbin)
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
五、LVS的管理工具 ipvsadm
1、介绍ipvsadm
①ipvs(ip virtual server)：LVS 是基于内核态的 netfilter 框架实现的 IPVS功能，工作在内核态。用户配置 VIP 等相关信息并传递到 IPVS 就需要用到 ipvsadm 工具。
②ipvsadm：ipvsadm 是 LVS 用户态的配套工具，可以实现 VIP 和 RS 的增删改查功能，是基于 netlink 或 raw socket 方式与内核 LVS 进行通信的，如果 LVS 类比于 netfilter，那 ipvsadm 就是类似iptables 工具的地位。
2、ipvsadm作用
作用：
①主要用于多服务器的负载均衡；
②工作在网络层，可实现高性能，高可用的服务器集群技术；
③廉价，可把许多低性能的服务器组合在一起形成一个超级服务器；
④易用，配置简单，有多种负载均衡的方法；
⑤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；
⑥可扩展性好
3、lvs相关术语
| 术语 | 描述 |
| DS(Director Server) | 前台负载均衡服务器 |
| RS(Real Server) | 后端真实服务器 |
| CIP（client IP） | 客户端ip地址 |
| VIP（virtual IP） | 负载均衡器对外提供的IP地址，一般负载均衡IP都会通过virtual IP实现可可用 |
| RIP（Realserver IP） | 负载均衡后端的真实服务器IP地址 |
| DIP | 负载均衡与后端服务器通信的IP地址 |
| CMAC | 客户端MAC地址，LVS连接的路由器的MAC地址 |
| VMAC | 负载均衡LVS的VIP对应的MAC地址 |
| DMAC | 负载均衡LVS的DIP对应的MAC地址 |
| RMAC | 后端真实服务器的RIP地址对应的MAC地 |
4、ipvsadm 工具选项（LVS的管理工具：ipvsadm）
-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