基于LVS对LAMP做负载均衡集群

一、简介

   LVS是Linux Virtual Server的简称，也就是Linux虚拟服务器, 是一个由章文嵩博士发起的自由软件项目，它的官方站点是www.linuxvirtualserver.org。现在LVS已经是 Linux标准内核的一部分，在Linux2.4内核以前，使用LVS时必须要重新编译内核以支持LVS功能模块，但是从Linux2.4内核以后，已经完全内置了LVS的各个功能模块，无需给内核打任何补丁，可以直接使用LVS提供的各种功能。

   使用LVS技术要达到的目标是：通过LVS提供的负载均衡技术和Linux操作系统实现一个高性能、高可用的服务器群集，它具有良好可靠性、可扩展性和可操作性。从而以低廉的成本实现最优的服务性能。

   LVS自从1998年开始，发展到现在已经是一个比较成熟的技术项目了。可以利用LVS技术实现高可伸缩的、高可用的网络服务，例如WWW服务、Cache服务、DNS服务、FTP服务、MAIL服务、视频/音频点播服务等等，有许多比较著名网站和组织都在使用LVS架设的集群系统，例如：Linux的门户网站（www.linux.com）、向RealPlayer提供音频视频服务而闻名的Real公司（www.real.com）、全球最大的开源网站（sourceforge.net）等。

二、拓扑图

   说明：1.客户端只知道我们的LVS的VIP的地址

         2.由于服务器有限，此处我们的apache和php做在一台机器上

三。调度算法

   Director在接收到来自于Client的请求时，会基于"schedule"从RealServer中选择一个响应给Client。ipvs支持以下调度算法：

   1、轮询（round robin, rr),加权轮询(Weighted round robin, wrr)――新的连接请求被轮流分配至各RealServer；算法的优点是其简洁性，它无需记录当前所有连接的状态，所以它是一种无状态调度。轮叫调度算法假设所有服务器处理性能均相同，不管服务器的当前连接数和响应速度。该算法相对简单，不适用于服务器组中处理性能不一的情况，而且当请求服务时间变化比较大时，轮叫调度算法容易导致服务器间的负载不平衡。

   2、最少连接(least connected, lc)， 加权最少连接(weighted least connection, wlc)――新的连接请求将被分配至当前连接数最少的RealServer；最小连接调度是一种动态调度算法，它通过服务器当前所活跃的连接数来估计服务器的负载情况。调度器需要记录各个服务器已建立连接的数目，当一个请求被调度到某台服务器，其连接数加1；当连接中止或超时，其连接数减一。

   3、基于局部性的最少链接调度（Locality-Based Least Connections Scheduling，lblc）――针对请求报文的目标IP地址的负载均衡调度，目前主要用于Cache集群系统，因为在Cache集群中客户请求报文的目标IP地址是变化的。这里假设任何后端服务器都可以处理任一请求，算法的设计目标是在服务器的负载基本平衡情况下，将相同目标IP地址的请求调度到同一台服务器，来提高各台服务器的访问局部性和主存Cache命中率，从而整个集群系统的处理能力。LBLC调度算法先根据请求的目标IP地址找出该目标IP地址最近使用的服务器，若该服务器是可用的且没有超载，将请求发送到该服务器；若服务器不存在，或者该服务器超载且有服务器处于其一半的工作负载，则用“最少链接”的原则选出一个可用的服务器，将请求发送到该服务器。

   4、带复制的基于局部性最少链接调度（Locality-Based Least Connections with Replication Scheduling，lblcr）――也是针对目标IP地址的负载均衡，目前主要用于Cache集群系统。它与LBLC算法的不同之处是它要维护从一个目标IP地址到一组服务器的映射，而 LBLC算法维护从一个目标IP地址到一台服务器的映射。对于一个“热门”站点的服务请求，一台Cache 服务器可能会忙不过来处理这些请求。这时，LBLC调度算法会从所有的Cache服务器中按“最小连接”原则选出一台Cache服务器，映射该“热门”站点到这台Cache服务器，很快这台Cache服务器也会超载，就会重复上述过程选出新的Cache服务器。这样，可能会导致该“热门”站点的映像会出现在所有的Cache服务器上，降低了Cache服务器的使用效率。LBLCR调度算法将“热门”站点映射到一组Cache服务器（服务器集合），当该“热门”站点的请求负载增加时，会增加集合里的Cache服务器，来处理不断增长的负载；当该“热门”站点的请求负载降低时，会减少集合里的Cache服务器数目。这样，该“热门”站点的映像不太可能出现在所有的Cache服务器上，从而提供Cache集群系统的使用效率。LBLCR算法先根据请求的目标IP地址找出该目标IP地址对应的服务器组；按“最小连接”原则从该服务器组中选出一台服务器，若服务器没有超载，将请求发送到该服务器；若服务器超载；则按“最小连接”原则从整个集群中选出一台服务器，将该服务器加入到服务器组中，将请求发送到该服务器。同时，当该服务器组有一段时间没有被修改，将最忙的服务器从服务器组中删除，以降低复制的程度。

   5、目标地址散列调度（Destination Hashing，dh）算法也是针对目标IP地址的负载均衡，但它是一种静态映射算法，通过一个散列（Hash）函数将一个目标IP地址映射到一台服务器。目标地址散列调度算法先根据请求的目标IP地址，作为散列键（Hash Key）从静态分配的散列表找出对应的服务器，若该服务器是可用的且未超载，将请求发送到该服务器，否则返回空。

   6、源地址散列调度（Source Hashing，sh）算法正好与目标地址散列调度算法相反，它根据请求的源IP地址，作为散列键（Hash Key）从静态分配的散列表找出对应的服务器，若该服务器是可用的且未超载，将请求发送到该服务器，否则返回空。它采用的散列函数与目标地址散列调度算法的相同。除了将请求的目标IP地址换成请求的源IP地址外，它的算法流程与目标地址散列调度算法的基本相似。在实际应用中，源地址散列调度和目标地址散列调度可以结合使用在防火墙集群中，它们可以保证整个系统的唯一出入口。

四、实现步骤

   1.网络规划

用途	ip地址	版本号	系统版本号
集群服务器	192.168.1.202	ipvsadm1.26	centos6.5
apache+php1	192.168.1.201	apache2.4.9 php5.4.26	centos6.5
apache+php2	192.168.1.100	apache2.4.9 php5.4.26	centos6.5
数据库	192.168.1.200	MariaDB10.0.10	centos6.5
对外提供服务的ip地址	192.168.1.230

   2.本处的apache、php、MariaDB都为编译安装

     关于编译安装的操作，请移步本人的相关博客http://wangfeng7399.blog.51cto.com/3518031/1381688，本处就不再做累赘

       特别说明，如果是编译安装的话应该在httpd的配置文件中添加KeepAlive Off用来关闭httpd的会话保持

   3.集群配置方法

     ①、前段LVS集群服务器的配置      

在eth0：0上设置对外提供的地址
[root@localhost ~]# ifconfig eth0:0 192.168.1.230/24 netmask 255.255.255.255 broadcast 192.168.1.230 up
设置路由
[root@localhost ~]# route add -host 192.168.1.230 dev eth0:0

     ②、后台两个Real Server服务器的配置

设置网卡只对有eth0网卡上的ip地址做通告
[root@httpweb ~]# echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
[root@httpweb ~]# echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/eth0/arp_ignore
[root@httpweb ~]# echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/eth0/arp_announce
[root@httpweb ~]# echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
在lo上设置集群服务的ip地址
[root@httpweb ~]# ifconfig lo:0 192.168.1.230 netmask 255.255.255.255 broadcast 192.168.1.230 up
[root@httpweb ~]# route add -host 192.l68.1.230 dev lo:0

     ③、两台服务的配置均为一样

     ④、设置集群服务

[root@localhost ~]# ipvsadm -A -t 192.168.1.230:80 -s rr
[root@localhost ~]# ipvsadm -a -t 192.168.1.230:80 -r 192.168.1.100 -g
[root@localhost ~]# ipvsadm -a -t 192.168.1.230:80 -r 192.168.1.201 -g

     ⑤、测试

[root@localhost ~]# ipvsadm -L -n
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  192.168.1.230:80 rr
  -> 192.168.1.100:80             Route   1      0          0   
  -> 192.168.1.201:80             Route   1      0          0

     我们会看到我们为两个服务器单独书写的网页

提供Director服务脚本

Director脚本:
#!/bin/bash
#
# LVS script for VS/DR
#
. /etc/rc.d/init.d/functions
#
VIP=192.168.0.210
RIP1=192.168.0.221
RIP2=192.168.0.222
PORT=80
#
case "$1" in
start)        
  /sbin/ifconfig eth0:1 $VIP broadcast $VIP netmask 255.255.255.255 up
  /sbin/route add -host $VIP dev eth0:1
# Since this is the Director we must be able to forward packets
  echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
# Clear all iptables rules.
  /sbin/iptables -F
# Reset iptables counters.
  /sbin/iptables -Z
# Clear all ipvsadm rules/services.
  /sbin/ipvsadm -C
# Add an IP virtual service for VIP 192.168.0.219 port 80
# In this recipe, we will use the round-robin scheduling method.
# In production, however, you should use a weighted, dynamic scheduling method.
  /sbin/ipvsadm -A -t $VIP:80 -s wlc
# Now direct packets for this VIP to
# the real server IP (RIP) inside the cluster
  /sbin/ipvsadm -a -t $VIP:80 -r $RIP1 -g -w 1
  /sbin/ipvsadm -a -t $VIP:80 -r $RIP2 -g -w 2
  /bin/touch /var/lock/subsys/ipvsadm &> /dev/null
;;
stop)
# Stop forwarding packets
  echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
# Reset ipvsadm
  /sbin/ipvsadm -C
# Bring down the VIP interface
  /sbin/ifconfig eth0:1 down
  /sbin/route del $VIP
                                                                         
  /bin/rm -f /var/lock/subsys/ipvsadm
                                                                         
  echo "ipvs is stopped..."
;;
status)
  if [ ! -e /var/lock/subsys/ipvsadm ]; then
    echo "ipvsadm is stopped ..."
  else
    echo "ipvs is running ..."
    ipvsadm -L -n
  fi
;;
*)
  echo "Usage: $0 {start|stop|status}"
;;
esac

   提供Real Server启动脚本

#!/bin/bash
#
# Script to start LVS DR real server.
# description: LVS DR real server
#
.  /etc/rc.d/init.d/functions
VIP=192.168.0.219
host=`/bin/hostname`
case "$1" in
start)
       # Start LVS-DR real server on this machine.
        /sbin/ifconfig lo down
        /sbin/ifconfig lo up
        echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
        echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
        echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
        echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
        /sbin/ifconfig lo:0 $VIP broadcast $VIP netmask 255.255.255.255 up
        /sbin/route add -host $VIP dev lo:0
;;
stop)
        # Stop LVS-DR real server loopback device(s).
        /sbin/ifconfig lo:0 down
        echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
        echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
        echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
        echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
;;
status)
        # Status of LVS-DR real server.
        islothere=`/sbin/ifconfig lo:0 | grep $VIP`
        isrothere=`netstat -rn | grep "lo:0" | grep $VIP`
        if [ ! "$islothere" -o ! "isrothere" ];then
            # Either the route or the lo:0 device
            # not found.
            echo "LVS-DR real server Stopped."
        else
            echo "LVS-DR real server Running."
        fi
;;
*)
            # Invalid entry.
            echo "$0: Usage: $0 {start|status|stop}"
            exit 1
;;
esac

   提供LVS-NET的脚本

#!/bin/bash
#
# chkconfig: - 88 12
# description: LVS script for VS/NAT
#
. /etc/rc.d/init.d/functions
#
VIP=192.168.0.219
DIP=192.168.10.10
RIP1=192.168.10.11
RIP2=192.168.10.12
#
case "$1" in
start)        
  /sbin/ifconfig eth0:1 $VIP netmask 255.255.255.0 up
# Since this is the Director we must be able to forward packets
  echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
# Clear all iptables rules.
  /sbin/iptables -F
# Reset iptables counters.
  /sbin/iptables -Z
# Clear all ipvsadm rules/services.
  /sbin/ipvsadm -C
# Add an IP virtual service for VIP 192.168.0.219 port 80
# In this recipe, we will use the round-robin scheduling method.
# In production, however, you should use a weighted, dynamic scheduling method.
  /sbin/ipvsadm -A -t $VIP:80 -s rr
# Now direct packets for this VIP to
# the real server IP (RIP) inside the cluster
  /sbin/ipvsadm -a -t $VIP:80 -r $RIP1 -m
  /sbin/ipvsadm -a -t $VIP:80 -r $RIP2 -m
                                                    
  /bin/touch /var/lock/subsys/ipvsadm.lock
;;
stop)
# Stop forwarding packets
  echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
# Reset ipvsadm
  /sbin/ipvsadm -C
# Bring down the VIP interface
  ifconfig eth0:1 down
                                                    
  rm -rf /var/lock/subsys/ipvsadm.lock
;;
status)
  [ -e /var/lock/subsys/ipvsadm.lock ] && echo "ipvs is running..." || echo "ipvsadm is stopped..."
;;
*)
  echo "Usage: $0 {start|stop}"
;;
esac