LVS集群

一、集群

1、集群：为解决某个特定问题将多个计算机组合起来形成一个单系统

2、目的：为了解决系统的性能瓶颈

3、发展

（1）垂直扩展（向上扩展）：增强单个机器的性能，升级硬件是有瓶颈

（2）水平扩展（向外扩展）：增加设备，并行运行多个服务，主要是通过网络和算法来调度服务分配的问题（目前使用）

4、类型

（1）负载均衡集群（LB-load blance）：多个主机组成，每个主机只承担一部分访问的请求，靠负载均衡算法来实现

（2）高可用集群（HA-availiablity）：避免SPOF（single point of failure）单点故障，系统当中有一部分组件出现故障，可以保障整个系统继续运行

①高可用集群的特点：实现主从、同步（某些特定的服务需要）、负载均衡

（3）HPC（high performance computing）快速转发、快速响应（用于大型网站）

目前使用类型：负载均衡+高可用

5、集群的可靠性指标

（1）MTBF（mean time between failure）：系统在正常运行期间无故障的平均时间，一般用小时或者天数来表示。MTBF值越高，系统的可靠性越高，出现故障的概率也越小

（2）MTTR：系统从发生故障到恢复正常运行的平均时间（解决问题花费的时间），一般用小时或者天数表示。MTTR值越小，表示系统恢复故障的能力越强

（3）A：系统可靠性指标，A值越高越好

（4）三者之间的关系：A=MTBF/(MTBF+MTTR)

99.9%

1年=365天=8760小时

故障时间=8760*0.1%=8.76小时

（5）停机时间

①计划内停机：预定时间内的维护或者检修时间，自定义时间。

②计划外停机（运维人员主要关注）

6、设计集群的原则

（1）可扩展性：集群要有随时可以添加或者删除设备的能力（动态的扩缩容）

（2）可靠性：集群中如果有节点发生故障，可以快速检测并且自动切换

（3）负载均衡：合理的分配负载，避免单个节点过载，影响整体的性能

（4）可维护性：能够方便的进行配置、部署、维护和监控，从而降低成本

（5）安全性：防止恶意攻击，以及数据泄密、数据丢失

（6）易用性：相关的工作人员，可以方便的进入集群，能够快速的开发、部署、测试等等

二、LVS集群（Linux virtual server）

（一）LVS的相关概念

1、LVS：是一个部署在Linux系统上通过内核层面实现负载均衡的软件

2、主要作用：多个后端服务器组成一个高可用、高性能、负载均衡的高性能集群，通过负载均衡的算法将客户端请求发送到后端服务器

阿里的SLB 基于lvs+Keepalived实现的

（二）LVS集群中的术语

1、VS（virtual server）：lvs服务的逻辑名称，外部访问lvs集群时提供的一个虚拟ip地址和端口

2、DS（director server）：lvs集群当中的主服务器，也是调度器，使整个lvs集群的核心，接受客户端的请求转发到后端RS（real server）

3、RS（real server）：lvs后端的真实服务器，接受DS的请求之后，返回响应结果

4、CIP（client ip）：客户端的ip地址

5、VIP（virtual ip）：对外提供访问的统一虚拟ip地址

6、DIP（director ip）：调度器在lvs内部使用的ip地址，用于和真实服务器进行通信

7、RIP（real ip）：后端真实服务器的ip地址

（三）LVS访问流程

1、客户端访问都是访问VIP

2、DS接受到请求，根据调度算法（负载均衡算法）选择好后端服务器（rs）、把请求发送给RS

3、RS处理请求并把响应发送给DS

4、DS把RS的响应包装成自己的响应，发送到客户端

客户端既不知道请求的真实服务器，也不知道响应的服务器是谁

（四）lvs负载均衡的方式

1、NAT（最常用）

2、DR（最常用）

3、TUN

（五）NAT模式（地址转换）

1、NAT模式：是最常用的lvs负载方式之一

2、NAT模式的访问流程

（1）在调度器上配置双网卡，一个指内，一个指外

（2）配置一个可以和公网进行通信的VIP

（3）配置转发策略，如果访问VIP，就会把请求的数据转发到后台的RS

请求的格式：报文。调度器会修改请求的目标ip地址和端口

12.0.0.1:80  192.168.233.30:80

（4）RS处理完请求之后响应客户端，先到调度器，调度器进行地址转换，把内网地址转换成公网地址，响应给用户

192.168.233.30:80——调度器——nat转换——12.0.0.1:80——客户端

3、总结

（1）数据请求进入调度器，做的是请求报文中ip地址的修改

（2）数据响应进入调度器，根据NAT配置进行地址转换

（3）调度器的内网ip地址和RS的ip地址要在同一网段

4、NAT模式的特点

（1）对于客户端来说请求地址始终不变，客户端不需要修改任何配置，转发由调度器通过算法来完成，后端服务器只管接受响应，也不需要修改任何配置

（2）会有性能损失和单点故障

（六）DR模式（直接路由）

1、特点：请求由调度器完成，响应客户端由RS直接响应，不需要通过调度器

2、优点：性能高，可以配置VIP地址的高可用，不存在单点故障

（七）TUN模式——基本不用

1、通过隧道协议，把请求转发到后端服务器，需要在后端服务器配置隧道协议（VPN）

三、ipvsadm工具

ipvsadm工具：管理ipvs内核模块的命令行工具，可用于配置和管理lvs集群

（一）ipvsadm的命令选项

选项	含义
-A	添加虚拟服务器
-D	删除整个虚拟服务器
-s	指定负载调度的算法
-a	添加真实服务器
-d	删除真实服务器
-t	指定VIP地址的端口号
-r	指定RIP地址的端口号
-m	表示使用nat模式
-g	表示使用DR模式
-i	表示使用TUN模式
-w	设置真实服务器的权重
-p	设置连接保持的时间60秒，默认不带
-ln	以数字以及列表形式查看lvs的配置信息

（二）算法

1、静态调度（固定调度）

（1）rr：默认算法，轮询

（2）wrr：加权轮询

（3）dh：目的地址hash（类似于ip_hash）

（4）sh：源地址hash

dh和sh根据ip地址查找静态hash表，获取需要的真实RS地址

2、动态调度

（1）lc：最小连接数调度

（2）wlc：加权最小连接数调度

（权重高的转发的就多，为了避免性能瓶颈，加上最小连接数分配，可以把请求往连接数量较小的服务器继续转发）

（3）lblc：基于地址的最小连接数调度（将来自同一个目的地址的请求分配给RS，如果这台服务器尚未满负荷，把请求分配给连接数最小的RS，而且在下一次转发时，会优先考虑这台RS，类似于url_hash）

四、NAT模式配置

负载调度器：配置双网卡

20.0.0.10（内网）

12.0.0.1（外网 ens36）

二台后端web真实服务器：20.0.0.11  20.0.0.12

一台NFS共享服务器：20.0.0.70

一台客户端：20.0.0.20

（一）配置共享服务（基于nginx服务配置）

1、操作nginx1、nginx2、test7

2、配置test7

3、配置nginx1和nginx2

（1）安装nginx

（2）挂载

（3）配置网卡

5、调度器配置

（1）修改网卡

（2）添加虚拟网卡

（3）配置地址转换

（4）配置调度器的VIP地址

（5）打开服务器的转发功能

6、配置客户端、测试