负载均衡群集原理
群集的含义：由多台主机构成，但对外只表现为一个整体，只提供一个访问入口(域名或IP地址)（多台主机，相同的功能、执行相同的工作）
扩展的方式
- 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的。具有性能上限会有瓶颈，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对高并发的场景
通过整合多台服务器，使用LVS来达到服务器的高可用和负载均衡，并以同一个IP地址对外提供相同的服务。
群集类型
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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
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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
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高性能运算（HPC）：将多台主机的硬件计算资源整合到一起实现分布式运算，比如云计算
负载均衡群集架构
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第一层：负载调度器
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。（通过VIP接收用户的请求，再通过调度算法确定要转发的节点服务器） -
第二层：服务器池
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。（服务器池中的节点服务器通过RIP接收调度器转发来的请求，并处理请求进行响应） -
第三层：共享存储
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。（为各个节点服务器提供稳定、一致的文件存取服务，比如NAS+NFS，文件服务器+NFS，分布式对象存储等存储设备 ）
LVS模式
群集的负载调度技术有三种工作模式
- 地址转换（NAT）：调度器作为所有节点服务器的网关，既作客户端的访问入口，也作节点服务器响应的访问出口，也就意味着调度器将成为整个集群系统的瓶颈；由于在转发过程中做了地址转发，对于节点服务器的安全性比其它模式较好；调度器至少要有2个网卡，一个承载VIP用于接收客户端的请求，另一个用于使用私有IP在同一个局域网中与节点服务器相互通信
- 直接路由（DR）：调度器只负责接收客户端的请求，并根据调度算法转发给节点服务器；节点服务器在处理完请求后是直接响应返回给客户端，响应的数据包不经过调度器；比NAT模式性能高；调度器和节点服务器使用私有IP在同一个局域网中与节点服务器相互通信
- IP隧道（TUN）：架构与DR相类似，但是节点服务器分散在互联网各个位置，都具有独立的公网IP，通过专用IP隧道与调度器相互通信
LVS（Linux虚拟服务器）
LVS是针对Linux内核开发的负载均衡解决方案。
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。
LVS已成为Linux内核的一部分，默认编译为ip_vs模块，必要时能够自动调用。
在CentOS 7系统中，modprobe ip_vs操作可以手动加载ip_vs模块，cat /proc/net/ip_vs查看当前系统中ip_vs模块的版本信息。
LVS的负载调度算法
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固定调度算法
- 轮询（rr）：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（wrr）：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
- 目的地址哈希调度（dh）：以目的地址为关键字查找一个静态hash表来获得所需RS
- 源地址哈希调度（sh）：以源地址为关键字查找一个静态hash表来获得需要的RS
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动态调度算法
- 最少连接（lc）：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
- 加权最少连接（wlc）：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
- 基于地址的最小连接数调度（lblc）：将来自同一个目的地址的请求分配给同一台RS，此时这台服务器是尚未满负荷的。如果满负荷，就将这个请求分配给连接数最小的RS，并以它作为下一次分配放首先考虑
LVS-NAT部署
ipvsadm工具
作用
- 创建虚拟服务器
- 增加、删除服务器节点
- 查看群集及节点情况
- 保存负载分配策略
ipvsadm工具选项说明
| 选项 | 作用 |
|---|---|
| -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o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 |
NAT模式 LVS负载均衡群集部署
准备工作
- 负载调度器：内网关 ens33：192.168.44.30，外网关 ens36：12.0.0.1
- Web节点服务器1：192.168.44.40
- Web节点服务器2：192.168.44.50
- NFS服务器：192.168.44.20
- 客户端：12.0.0.12
步骤
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部署共享存储（NFS服务器：192.168.44.20）
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关闭防火墙和selinux
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安装rpcbind和nfs-utils，并开启服务
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准备共享目录及站点文件
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修改/etc/exports，并重启服务
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配置节点服务器（192.168.44.40、192.168.44.50）
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关闭防火墙和selinux
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安装并开启httpd
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安装rpcbind和nfs-utils，并开启服务
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挂载共享目录
- 如果需要永久挂载，在/etc/fstab中加入
192.168.44.20:/opt/one /var/www/html nfs defaults,_netdev 0 0（web2挂载/opt/two）
- 如果需要永久挂载，在/etc/fstab中加入
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配置负载调度器（内网关 ens33：192.168.44.30，外网关 ens36：12.0.0.1）
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关闭防火墙和selinux
- 配置SNAT转发规则
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开启路由转发功能
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添加SNAT
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加载LVS内核模块
- 如果要加载所有模块
for i in $(ls /usr/lib/modules/$(uname -r)/kernel/net/netfilter/ipvs|grep -o "^[^.]*");do echo $i; /sbin/modinfo -F filename $i >/dev/null 2>&1 && /sbin/modprobe $i;done
- 如果要加载所有模块
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安装ipvsadm 管理工具
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启动服务，启动服务前须保存负载分配策略
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配置负载分配策略（NAT模式只要在服务器上配置，节点服务器不需要特殊配置）
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客户机访问网关地址（12.0.0.1）测试效果，刷新后能访问到另一节点服务器
补充内容
ipvsadm -d -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.44.40:80 #删除群集中某一节点服务器
ipvsadm -D -t 12.0.0.1:80 #删除整个虚拟服务器
systemctl stop ipvsadm #停止服务（清空策略）
systemctl start ipvsadm #启动服务（根据/etc/sysconfig/ipvsadm重建配置）
ipvsadm-restore < /opt/ipvsadm #恢复LVS 策略
