了解LVS负载均衡群集

 

一、企业群集应用概述

1、群集的含义

·Cluster，集群，群集

·由多台主机构成，但对外只表现为一个整体

问题

·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，单台服务器力不从心

解决方法

·使用价格昂贵的小型机、大型机

·使用普通服务器构建服务群集

2、企业群集分类

根据群集所针对的目标差异，可分为三种类型

·负载均衡群集

·高可用群集

·高性能运算群集

负载均衡群集（Load Balance Cluster）

·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

高可用群集（High Availability Cluster）

·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

·HA的工作方式包括双工和主从两种模式

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

·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

 

二、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）

·第二层，服务器池（Server Pool）

·第三层，共享存储（Share Storage）

2、负载均衡结构图

 

 

 3、负载均衡群集工作模式分析

(1)、负载均衡群集是目前企业用得最多的群集类型

(2)、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

4、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

5、TUN模式

(1)、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

6、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

 

三、关于LVS虚拟服务器

1、Linux Virtual Server

·针对Linux内核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/

2、LVS的负载调度算法

(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、LVS的负载调度算法

(1)、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

(2)、加权最少连接（Weighted Least 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

 

四、使用ipvsadm工具

1、LVS群集创建与管理

创建虚拟服务器 → 添加、删除服务器节点 → 查看群集及节点情况 → 保存负载分配策略

2、Network File System，网络文件系统

·依赖于RPC（远端过程调用）

·需安装nfs-utils、rpcbind软件包

·系统服务：nfs、rpcbind

·共享配置文件：/etc/exports

3、使用NFS发布共享资源

·安装nfs-utils、rpcbind软件包

·设置共享目录

·启动NFS服务程序

·查看本机发布的NFS共享目录

4、在客户机中访问NFS共享资源

·安装rpcbing软件包，并启动rpcbind服务

·手动挂载NFS共享目录

·fstab自动挂载设置

 

五、案例：LVS-NAT部署

1、案例环境

LVS调度器作为Web服务器池的网关，LVS两块网卡，分别连接内外网，使用（rr）调度算法

2、部署步骤

·加载ip_vs模块，安装ipvsadm工具

·开启路由准发

·新建LVS虚拟服务器并添加节点服务器

·配置节点服务器

①建立测试网站

②挂载NFS共享存储

③建立测试网页

·保存规则并测试

3、部署过程

·LVS相关术语

①DS：Director Server。指的是前端负载均衡器节点。

②RS：Real Server。后端真实的工作服务器。

③VIP：向外部直接面向用户请求，作为用户请求的目标的IP地址。

④DIP：Director Server IP，主要用于和内部主机通讯的IP地址。

⑤RIP：Real Server IP，后端服务器的IP地址。

⑥CIP：Client IP，访问客户端的IP地址

·LVS-NAT模式的特性

①RS应该和DIP应该使用私网地址，且RS的网关要指向DIP

②请求和响应报文都要经由director转发；极高负载的场景中，director可能会成为系统瓶颈

③支持端口映射

④ RS可以使用任意OS

⑤ RS的RIP和Director的DIP必须在同一IP网络

·环境

调度服务器	192.168.100.10/24（内网）
	192.168.1.42/24（外网）
Web1服务器	192.168.100.20/24
Web2服务器	192.168.100.30/24
NFS共享服务器	192.168.100.40/24
客户端一台	用于测试验证

·配置调度服务器

 

4、配置调度服务器

加载ip_vs模块
[root@lvs ~]#  modprobe ip_vs
[root@lvs ~]# cat /proc/net/ip_vs
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags

安装管理软件ipvsadm
[root@lvs ~]# rpm -ivh /mnt/Packages/ipvsadm-1.27-7.el7.x86_64.rpm

开启路由地址转换功能
[root@lvs ~]# vi /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward=1   #末尾添加

编辑调度服务器脚本
[root@lvs ~]# vi nat.sh
#!/bin/bash
ipvsadm -C                                               #清除内核虚拟服务器表中的所有记录
ipvsadm -A -t 192.168.1.42:80 -s rr            #创建虚拟服务器
ipvsadm -a -t 192.168.1.42:80 -r 192.168.100.20:80 -m       #添加服务器节点
ipvsadm -a -t 192.168.1.42:80 -r 192.168.100.30:80 -m     #添加服务器节点
ipvsadm -Ln     #查看节点状态，加个"-n"将以数字形式显示地址、端口信息

执行脚本
[root@lvs ~]# sh nat.sh

###选项注释
"-A":表示添加虚拟服务器
"-a":表示添加真实服务器
"-t":用来指定VIP地址及TCP端口
"-r":用来指定RIP地址及TCP端口
"-s":用来指定负载调度算法——rr（轮询）、wrr（加权轮询）、lc（最少连接）、wlc（加权最少连接）
"-m":表示使用NAT群集模式（是DR模式，是TUN模式）

 

5、配置NFS服务器

安装NFS服务
[root@nfs-server ~]# yum -y install rpcbind nfs-utils

创建测试目录并新建网页
[root@nfs-server ~]# mkdir -p /opt/web1
[root@nfs-server ~]# mkdir -p /opt/web2
[root@nfs-server ~]# echo '<h1>this is web 1!</h1>' > /opt/web1/index.html
[root@nfs-server ~]# echo '<h1>this is web 2!</h1>' > /opt/web2/index.html

设置访问权限
[root@nfs-server ~]# vi /etc/exports
/opt/web1  192.168.100.20(ro)
/opt/web2  192.168.100.30(ro)

开启服务并开机自启
[root@nfs-server ~]# systemctl start nfs
[root@nfs-server ~]# systemctl start rpcbind
[root@nfs-server ~]# systemctl enable nfs
[root@nfs-server ~]# systemctl enable rpcbind

查看访问权限
[root@nfs-server ~]# showmount -e
Export list for nfs-server:
/opt/web2 192.168.100.30
/opt/web1 192.168.100.20

 

6、配置Web1服务器

安装httpd服务
[root@web1 ~]# yum -y install httpd

挂载NFS服务
[root@web1 ~]# mount 192.168.100.40:/opt/web1 /var/www/html

查看权限
[root@web1 ~]# showmount -e 192.168.100.40
Export list for 192.168.100.40:
/opt/web2 192.168.100.30
/opt/web1 192.168.100.20

开启httpd服务
[root@web1 ~]# systemctl start httpd

本机访问
[root@web1 ~]# curl http://localhost
<h1>this is web1!</h1>

 

7、配置Web2服务器

安装httpd服务
[root@web1 ~]# yum -y install httpd

挂载NFS服务
[root@web1 ~]# mount 192.168.100.40:/opt/web2 /var/www/html

查看权限
[root@web1 ~]# showmount -e 192.168.100.40
Export list for 192.168.100.40:
/opt/web2 192.168.100.30
/opt/web1 192.168.100.20

开启httpd服务
[root@web1 ~]# systemctl start httpd

本机访问
[root@web1 ~]# curl http://localhost
<h1>this is web2!</h1>

 

8、客户机测试

①先访问web1和web2服务器的IP

 

 

 ②再测试LVS-NAT服务器IP

 

③查看节点状态

[root@lvs ~]# ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  192.168.1.42:80 rr
  -> 192.168.100.20:80            Masq    1      1          1
  -> 192.168.100.30:80            Masq    1      0          2

#使用的是轮询，所以权重都是1