lvs负载均衡集群

中强要加油了
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1.群集的概念

1.1群集的含义

  • Cluster，集群、群集
  • 由多台主机构成，但对外只表现为一一个整体，只提供一-个访问入口(域名或IP地址)， 相当于一台大型计算机。

1.2使用群集的原因

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，单台服务器已经无法满足负载均衡及高可用的要求。

解决方法；

  • 使用价格昂贵的小型机、大型机。（纵向扩容）
  • 使用多台相对廉价的普通服务器构建服务群集。（横向扩容）

LVS群集技术：

  • 在企业中常用的一种群集技术一LVS （Linux Virtual Server, Linux虚拟服务器）
  • 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。

1.3群集的目的

  • 提高性能：计算密集应用。如天气预报，核试验模拟。
  • 降低成本：相对百万美元的超级计算机，价格便宜。
  • 提高可扩展性：只要增加集群节点即可。
  • 增强可靠性：多个节点完成相同功能，避免单点失败。

2.企业群集的分类

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

2.1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、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。

2.2 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，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。

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

  • 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。

3.负载均衡集群

3.1负载均衡群集架构

第一层 负载调度器(Load Balancer或Director)  负载均衡层

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。

第二层 服务器池(Server Pool)  WEB应用层

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)  确保多台服务器使用的是相同的资源

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。

（因为节点服务器的资源都是由NAS或NFS提供，所以NAS或NFS需要做主备、或分布式，从而实现高可用。）

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3.2负载均衡群集的工作模式

群集的负载调度技术有三种工作模式：

  • 1、地址转换（NAT模式）
  • 2、IP隧道（IP-TUN）
  • 3、直接路由（DR模式）

通常使用 NAT和DR，使用最多的是DR模式。

3.2.1 NAT模式（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。

  • 缺点：由于NAT的负载均衡器既作为用户的访问请求入口，也作为节点服务器响应请求的出口，承载两个方向的压力，调度器的性能会成为整个集群的瓶颈。

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3.2.2 TUN模式 （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。承载的压力比NAT小。

  • 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。

  • 缺点：成本很高。

  • 这种模式一般应用于特殊场景，比如将节点服务器分布在全国各地，防止被物理攻击（如地震、战争等），做灾备。

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3.2.3 DR模式（直连路由）

  • 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，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。承载的压力比NAT小。

  • 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。

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DR模式的特点：

（1）Director Server 和 Real Server 必须在同一个物理网络中。

（2）Real Server 可以使用私有地址，也可以使用公网地址。如果使用公网地址，可以通过互联网对 RIP 进行直接访问。

（3）Director Server作为群集的访问入口，但不作为网关使用。

（4）所有的请求报文经由 Director Server，但回复响应报文不能经过 Director Server。

（5）Real Server 的网关不允许指向 Director Server IP，即Real Server发送的数据包不允许经过 Director Server。

（6）Real Server 上的 lo 接口配置 VIP 的 IP 地址。

4.LVS虚拟服务器

4.1 LVA 虚拟服务器的简介

Linux Virtual Server：

  • 针对Linux内核开发的负载均衡

  • 1998年5月，由我国的章文嵩博士创建

  • 官方网站：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来一种高效的解决方法

4.2 LVS相关术语

DS：Director Server。指的是前端负载均衡器。

RS：Real Server。节点服务器，后端真实的工作服务器。

VIP：向外部直接面向用户请求，作为用户请求的目标的IP地址。

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

RIP：Real Server IP，后端服务器的IP地址。

CIP：Client IP，访问客户端的IP地址。

4.3 LVS的负载调度算法

4.3.1 固定调度算法 rr，wr dh，sh

rr：轮询算法（Round Robin）

  • 将请求依次分配给不同的RS节点，即RS节点中均摊分配。适合于RS所有节点处理性能接近的情况。
  • 将收到的访问请求安装顺序轮流分配给群集指定各节点（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。

wrr：加权轮询调度（Weighted Round Robin）

  • 依据不同RS的权重值分配任务。权重值较高的RS将优先获得任务，并且分配到的连接数将比权值低的RS更多。相同权值的RS得到相同数目的连接数。
  • 保证性能强的服务器承担更多的访问流量。

dh：目的地址哈希调度（destination hashing）

  • 以目的地址为关键字查找一个静态hash表来获得所需RS。

sh：源地址哈希调度（source hashing）

  • 以源地址为关键字查找--个静态hash表来获得需要的RS。

4.3.2 动态调度算法 lblc，lc，wlc

lc：最小连接数调度（ Least Connections）

  • ipvs表存储了所有活动的连接。LB会比较将连接请求发送到当前连接最少的RS。
  • 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。

wlc：加权最小连接数调度（Weighted Least Connections）

  • 假设各台RS的权值依次为Wi，当前tcp连接数依次为Ti，依次取Ti/Wi为最小的RS作为下一个分配的RS。
  • 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。

lblc：基于地址的最小连接数调度(locality-based least-connection)

  • 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。否则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的首先考虑。

5.ipvsadm工具

ipvsadm是一个工具，同时它也是一条命令，用于管理LVS的策略规则。

ipvsadm是ipvs的管理器，需要yum安装。

ipvsadm工具的作用：

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

ipvsadm 命令选项说明：

选项功能
-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)
-t指定VIP地址及TCP端口 （调度器使用）
-r指定RIP地址及TCP端口 （节点服务器使用）
-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） ，默认值为1
-p 60表示保持长连接60秒。默认值就是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。-l需要在-n之前。ipvsadm -ln

6.LVS-NAT模式操作实例

框架内容：

网关服务器使用lvs完成nat模式的轮询负载均衡，使我们的客户机能访问轮询访问nginx网页，两台nginx服务器实现网页文件共享。

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具体操作：

1.先建立共享服务器到192.168.223.100地址的服务器中建立共享文件夹

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2.在/etc/exports文件下设置文件共享

/opt/lzq1   192.168.223.0/24(rw,sync,no_root_squash)
                     #设置读写权限，直接读到磁盘中，客户端root用户不进行降权
/opt/lzq2   192.168.223.0/24(rw,sync,no_root_squash)

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3.使用showmount -e 查看自己的共享文件

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4.去7-1和7-2服务器上挂载共享文件，先开启两台服务器的rpcbind和nfs

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5.将原先配置文件中的内容先移出，再去进行挂载

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6.使用mount 去进行挂载，两个服务器都要做

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7.先自己去浏览器上测试一下自己的nginx网页是否正常

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8.去设置两台服务器的长连接超时时间防止后面测试出现问题

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9.去设置lvs调度服务器，7-3需要设置双网卡，先设置双网卡，并将出去的网卡地址设置为12.0.0.10

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10.修改通向外网的网卡配置

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11.准备一个客户端修改网卡配置，注意网关设置为网关服务器的36网卡的ip地址

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12.去开启网关服务器的ip地址路由转发功能 在/etc/sysctl.conf

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13.设置节点服务器的网关，都指向网关服务器ens33网卡的ip地址

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14.设置调度器的ipvsadm，使内网节点服务器可以连通外网客户机，直接设置SNAT

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15.加载ip_vs模块

cd /usr/lib/modules/3.10.0-693.el7.x86_64/kernel/net/netfilter/ipvs/
#进入到这个文件夹下开启模块

[root@localhost ipvs]#for i in `ls /usr/lib/modules/3.10.0-693.el7.x86_64/kernel/net/netfilter/ipvs/|grep -o "^[^.]*"`
> do
> modprobe $i
> done
#可以使用for循环进行批量启动

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cat /proc/net/ip_vs 查看是否启动

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16.安装ipvsadm工具

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17.建立一个/etc/sysconfig/ipvsadm文件，之后启动ipvsadm

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18.之后配置lvs设置

[root@localhost ipvs]#ipvsadm -C
  #清除原先所有的配置
[root@localhost ipvs]#ipvsadm -A -t 12.0.0.10:80 -s rr
                          #添加vip地址和端口号 使用轮询调度          
[root@localhost ipvs]#ipvsadm -ln
#查看自己是否添加成功
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  12.0.0.10:80 rr

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[root@localhost ipvs]#ipvsadm -a -t 12.0.0.10:80 -r 192.168.223.101:80 -m
# 设置真实后端节点服务器的路径  -m是指定nat工作模式
[root@localhost ipvs]#ipvsadm -a -t 12.0.0.10:80 -r 192.168.223.102:80 -m

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ipvsadm #刷新lvs，加载配置

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19.去我们的客户机上面进行测试

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7.LVS -DR模式下的操作流程

实验内容：

建立负载均衡架构，使用DR模式调度器来完成nginx服务器的轮询调用

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具体操作：

1.先设置7-0 为nfs共享服务器，将文件共享

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2.去7-1,7-2上面进行nfs挂载，挂载到nginx可以访问的文件夹下

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3.开启xshell的同步操作，一起设置两台nginx服务器，先设置虚拟vip网卡lo：0

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4.为服务器添加路由

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注意：

如果想永久添加路由表信息可以去/etc/rc.d/rc.loacd 文件下添加这条命令 并给这个文件加上执行权限，开机后就自动把这个路由信息添加进去了。

5.去/etc/sysctl.conf 文件下添加内核参数，并sysctl-p刷新

net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.lo.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2

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6.设置调度器，先安装ipvsadm

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7.创建文件使ipvsadm正常启动

ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm

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8.开启ip_vs模块

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9.创建调度器的ens33的虚拟网卡ens33:0

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10.去/etc/sysctl.conf关闭调度器的路由转发和重定向功能,防止节点服务器通过调度器传给客户端

net.ipv4.ip_forward = 0
net.ipv4.conf.all.send_redirects = 0
net.ipv4.conf.default.send_redirects = 0
net.ipv4.conf.ens33.send_redirects = 0

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11.最后设置ipvsadm配置

[root@localhost network-scripts]#ipvsadm -C
# 先清空原先的规则

[root@localhost network-scripts]#ipvsadm -ln
# 查看是否清空规则

ipvsadm -A -t 192.168.223.200:80 -s rr
# 设置虚拟服务器网址 调度算法为轮询

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[root@localhost network-scripts]#ipvsadm -a -t 192.168.223.200:80 -r 192.168.223.101:80 -g
# 使真实服务器与我们的vip地址进行关联 -g指定DR模式

[root@localhost network-scripts]#ipvsadm -a -t 192.168.223.200:80 -r 192.168.223.102:80 -g

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ipvsadm #激活一下配置

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12.之后去我们的浏览器测试一下 ，使用192.168.223.200测试

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