LVS负载均衡群集

一.群集

cluster 集群 群集

群集含义

由多台主机构成，都干同样的一件事，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)，相当于一台大型计算机。

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
• 使用多台相对廉价的普通服务器构建服务群集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。
• 在企业中常用的一种群集技术-LVS (Linux Virtual Server，Linux虚拟服务器)

二 . 群集类型

1.负载均衡群集 LB

优点：

提高系统响应能力，处理更多访问请求，减少延迟，实现高并发，高负载的能力。

典型代表：

• 软件类：LVS ；nginx ；HAProxy
• 硬件类：F5 ；绿盟

2.高可用群集 HA

优点：

提高应用系统的可靠性，减少中断时间，确保服务的连续性，达到高可用。（通常用N个9来代表高可用的指标）

工作方式：

双工 ：所有节点同时在线
主从两种模式 ：只有主节点在线，当出现故障，从节点自动切换为主节点。（故障切换，双机热备）

典型代表：

keepalived ； heartbeat

3.高性能运算群集 HPC

• 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。

4.负载均衡集群

第一层：负载均衡层

负载调度器(Load Balancer或Director)

• 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 ：WEB应用层

服务器池(Server Pool)

• 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：确保多台服务器使用的是相同的资源

共享存储(Share Storage)

• 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。）

5.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

5.1 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。

5.2 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。

5.3 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。

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。

三. LVS虚拟服务器

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

1 . 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。

2. LVS的负载调度算法

2.1 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。

2.2 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。

四. 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：

LVS-NAT模式操作实例

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，使用轮询 (rr) 调度算法

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。

具体操作：

1.

关闭防火墙

2.

先做NFS（7-4机器）共享服务初始化操作

做nfs文件共享需要查看是否安装了：rpcbind ，nfs-utils

如果没安装使用yum install安装

开始创建共享目录

cd  opt
[root@localhost opt]# mkdir yhy1 yhy2
[root@localhost opt]# echo "yhy1" > yhy1/test.html
[root@localhost opt]# echo "yhy1" > yhy2/test.html
#创建两个目录并输入内容进去
[root@localhost opt]# ls yhy1
test.html
[root@localhost opt]# ls yhy2
test.html

vim  /etc/exports

/opt/yhy1 192.168.47.0/24(rw,sync,no_root_squash)
/opt/yhy2 192.168.47.0/24(rw,sync,no_root_squash)

🎇

systemctl enable --now rpcbind nfs
#从左往右一次启动

showmount -e
#查看是否共享完成

配置节点服务器 7-2 7-3

第一部分nfs文件共享配置完毕 以上

2

接下来安装web服务器的节点

7-2 apache服务 7-3 nginx服务

web服务有:nginx tomcat apache

此处选择：

7-2：安装apache

yum -y install apache

 vim /etc/httpd/conf/httpd.conf
 mount 192.168.47.111:/opt/yhy1  /var/www/html
df -hT

再次回到vim /etc/httpd/conf/httpd.conf

systemctl enable --now httpd
#开启apache
netstat  -lntp |grep 80
#查看是否开启成功

#配置网关 GATWAY=192.168.47.100

🍔

7-3：安装nginx

cd /etc/yum.repos.d/
vim nginx.repo

[nginx]
name=nginx repo
baseurl=http://nginx.org/packages/centos/$releasever/$basearch/
gpgcheck=1
enabled=1
gpgkey=https://nginx.org/keys/nginx_signing.key
module_hotfixes=true


yum -y install nginx 

cd  /etc/nginx
vim conf.d/default.conf
中查看网页配置文件位置：/usr/share/nginx/html;

cd /usr/share/nginx/html;
ls
mv * /opt  
#将原有的网页配置页面文件移走做备份

挂载：
mount 192.168.47.111:/opt/yhy2  /usr/share/nginx/html;
df -hT #查看
cd /usr/share/nginx/html; #查看文件是否存在

mv /opt/* ./ #再将原有的文件移回来

systemctl enable --now nginx
开启nginx服务

修改网卡的网关变成调度器的地址，方便转发

测试

7-2 :192.168.47.74

7-3 192.168.47.110

两台节点服务器准备完毕 以上

下面准备调度器7-1 ：192.168.47.100

调度器需要双网卡，先添加一张网卡。先关机，再添加

ifconfig查看

🍄

🍃
修改ifcfg-ens36

保存并退出

再去修改ifcfg-ens33

设置好之后 
systemctl restar  network

ifconfig查看更改完成

vim /etc/sysctl.conf
#添加路由转发功能 
#添加 net.ipv4.ip_forward = 1 
sysctl -p 
#刷新状态

测试

去win 虚拟主机上测试

🧈

🍟

🥞

调度器无法将请求转发给节点服务

ping不通解决方法：添加路由

将7-2 ；7-3,节点服务器的ip地址网关改成 调度器7-1的地址 ，方便转发

systemctl restart network
重启网络

假如内网主机想要往外网通信该怎么办。

需要配置SNAT

iptables -nL
iptables  -F -t nat
iptables   -nL -t nat

如何添加SNAT

#添加snat
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.47.0/24 -o   ens36 -j SNAT --to  12.0.0.10

-o:指定网卡输出，调度器此时应该是ens36出，因为内网访问外网

#查看模块
cd /usr/lib/modules/3.10.0-693.el7.x86_64/kernel/net/netfilter/ipvs/
ls

#for i  in 循环方法加载所有模块
for 

安装ipvs工具

在关闭路由转发之前下载下来：

yum -y install ipvsadm

启动不了报错：

看日志：

解决问题

ipvsadm -ln
#查看当前有无策略

#如果有
ipvsadm -C  #清空策略
 
#如果没有
ipvsadm -A -t 12.0.0.10:80 -s rr 
#指定虚拟服务器IP地址为12.0.0.10和80端口使用轮询算法

ipvsadm -a -t 12.0.0.10:80 -r 192.168.47.101:80 -m
#指定虚拟服务器IP地址为12.0.0.10，真实服务器地址为192.168.67.101，及使用nat模式

ipvsadm -a -t 12.0.0.10:80 -r 192.168.47.102:80 -m
#指定虚拟服务器IP地址为12.0.0.10，真实服务器地址为192.168.67.101，及使用nat模式

ipvsadm -ln
#查看当前策略

ipvsadm 
#激活策略

客户端配置 7-5 虚拟机上测试

#设置和调度器ens36相同网段网址和网关 
ifconfig ens33 route -n

#测试
curl 12.0.0.10/test.html