小阿轩yx-LVS负载均衡群集

构建群集服务器—通过整合多台服务器
使用 LVS 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

LVS 群集应用基础

群集称呼来自英文单词“Cluster”
在服务器领域则表示大量服务器的集合体，区分单个服务器

Cluster

表示一群、一串的意思

LVS 群集技术概述

根据企业环境不同
群集提供的功能也不同
采用的技术细节也不同

群集的三种类型

每种群集都至少包含两台服务器，对外表现为一个整体，只提供一个访问入口

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、高负载的整体性能

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

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

不同类型的群集在必要时可以合并，如高可用的负载均衡群集

负载均衡的分层结构

典型的负载均衡群集中包括三个层次的组件

前端至少有一个负载调度器(Load Balancer，或称为 Director)负责响应并分发来自客户机的访问请求
后端由大量真实服务器(Real Server)构成服务器池(Server Poo1)，提供实际的应用服务,整个群集的伸缩性通过增加、删除服务器节点来完成

第一层，负载调度器

这是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(Virtual IP，虚拟 IP)地址，也称为群集 IP 地址

第二层，服务器池

群集所提供的应用服务(如HTTP、FTP)由服务器池承担，每个节点具有独立的RIP(Real IP，真实 IP)地址，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

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。
Linux/UNIX 环境中，共享存储可以使用 NAS 设备，或者提供 NFS(Network File System，网络文件系统)共享服务的专用服务器

负载均衡的工作模式

群集的负载调度技术，可以基于 IP、端口、内容等进行分发
其中基于 IP 的负载调度是效率最高的

基于IP的负载均衡模式中，常见的三种工作模式有

地址转换
IP 隧道
直接路由

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。

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。

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。

NAT方式只需要一个公网 IP地址，从而成为最易用的一种负载均衡模式，许多硬件负载均衡设备就采用这种方式

优势

安全性也比较好

相比较而言DR 模式和 TUN 模式

优势

负载能力更加强大
适用范围更广

缺点

节点的安全性稍差一些

LVS 虚拟服务器

Linux Virtual Server

是针对Linux 内核开发的一个负载均衡项目
由我国的章文嵩博士在 1998年5月创建
官方站点位于 http://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了一种高效的解决方法
LVS 现在已成为 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

LVS 的负载调度算法

针对不同网络服务和配置，LVS 调度器提供多种不同的负载调度算法

最常用的四种算法

轮询
加权轮询
最少连接
加权最少连接

轮询(RoundRobin)

将收到的访问请求按照顺序轮流分配给群集中的各节点，均等地对待每台服务器，而不管服务器实际的连接数和系统负载。

加权轮询(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并且分配的请求越多,这样可以保证性能高的节点承担更多请求。

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。如果所有的服务器节点性能相近，采用这种方式可以更好地均衡负载。

加权最少连接(Weighted Least Connections)

在服务器节点的性能差异较大的情况下,调度器可以根据节点服务器负载自动调整权重,权重较高的节点将承担更大比例的活动连接负载。

使用 ipvsadm 管理工具

ipvsadm 是在负载调度器上使用的 LVS 群集管理工具，通过调用 ip_vs 模块来添加、删除服务器节点，以及查看群集的运行状态。

构建 LVS 负载均衡群集

地址转换模式（LVS-NAT）

实验环境

各web节点需要设置网关，NFS不需要

CentOS 系统，手动加载 ip_vs 模块并查看信息

//加载 ip_vs模块
[root@localhost ~]# modprobe ip_vs
//查看 ip_vs 版本信息
[root@localhost ~]# cat /proc/net/ip_vs
IP Virtual Server version 1.2.1(size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags->RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn

配置负载调度器

[root@localhost ~]# setenforce 0
[root@localhost ~]# systemctl stop firewalld

安装 ipvsadm

[root@localhost ~]# yum -y install ipvsadm

查看 ipvsadm 版本

[root@localhost ~]# ipvsadm -v
ipvsadm v1.27 2008/5/15 (compiled with popt and IPVS v1.2.1)

添加配置文件

[root@localhost ~]# vim /etc/sysctl.conf 
## 添加下面代码
net.ipv4.ip_forward = 1

语句生效

[root@localhost ~]# sysctl -p

配置新策略

[root@localhost ~]# ipvsadm -C

创建虚拟服务器

[root@localhost ~]# ipvsadm -A -t 172.16.16.172:80 -s rr

添加服务器节点

[root@localhost ~]# ipvsadm -a -t 172.16.16.172:80 -r 192.168.10.102:80 -m -w 1
[root@localhost ~]# ipvsadm -a -t 172.16.16.172:80 -r 192.168.10.103:80 -m -w 1

查看当前策略信息

[root@localhost ~]# ipvsadm-save
-A -t localhost.localdomain:http -s rr
-a -t localhost.localdomain:http -r 192.168.10.102:http -m -w 1
-a -t localhost.localdomain:http -r 192.168.10.103:http -m -w 1

-s：指定调度算法

rr：轮询
wrr：加权轮询
lc：最小链接数
wlc：加权最小连接数

（

-A 添加一个新的集群服务；
-E 修改一个己有的集群服务；
-D 删除指定的集群服务；
-a 向指定的集群服务中添加RS及属性；
-e 修改RS属性；
-t 指定为tcp协议；
-u 指定为udp协议；
-s 调度方法，默认为wlc；
-w 指定权重，默认为1；
-g Gateway, DR模型；
-i ipip, TUN模型；
-m masquerade, NAT模型；
-S 保存ipvsadm设定的规则策略，默认保存在/etc/sysconfig/ipvsadm中；
-R 载入己保存的规则策略，默认加载/etc/sysconfig/ipvsadm；
-C 清除所有集群服务；
-Z 清除所有记数器；
-L 显示当前己有集群服务，能通过相应的options查看不同状态信息；
-r 指定真实服务器的地址）

启动 ipvsadm

[root@localhost ~]# systemctl enable ipvsadm

配置 web 节点服务器

在两个 web 节点上安装 httpd

[root@localhost ~]# yum -y install httpd
[root@localhost ~]# systemctl stop firewalld 
[root@localhost ~]# setenforce 0
[root@localhost ~]# yum -y install nfs-utils

创建测试页

[root@localhost ~]# vim /var/www/html/index.html
LVS test1

启动 httpd 服务

[root@localhost ~]# systemctl start httpd
[root@localhost ~]# systemctl enable httpd

客户端测试 LVS 群集

[root@localhost ~]# curl 172.16.16.172

在 LVS 上产看调度信息

[root@localhost ~]# ipvsadm -ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags-> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  172.16.16.172:80 rr-> 192.168.10.102:80              Masq    1      0          0         -> 192.168.10.103:80              Masq    1      0          0

ActiveConn是活动连接数,也就是tcp连接状态的ESTABLISHED
InActConn是指除了ESTABLISHED以外的,所有的其它状态的tcp连接

linux 做客户端时可以用以下代码进行测试

[root@localhost ~]# for i in $(seq 10);do curl 172.16.16.172;done

NFS 共享存储服务

NFS

是一种基于 TCP/IP 传输的网络文件系统协议
最初由 Sun 公司开发
通过使用 NFS协议，客户机可以访问远程服务器中的共享资源
对于大多数负载均衡群集来说，使用 NFS协议来共享数据存储是比较常见的做法
NFS也是NAS存储设备必然支持的一种协议

使用 NFS 发布共享资源

NFS 服务的实现依赖于 RPC(Remote Process Call，远端过程调用)机制
以完成远程到本地的映射过程

CentOS7系统中，需要安装软件包提供 NFS共享服务

nfs-utils
rpcbind

前者用于 NFS 共享发布和访问

后者用于RPC支持

安装 nfs-utils、rpcbind 软件包

[root@localhost ~]# systemctl stop firewalld 
[root@localhost ~]# setenforce 0
[root@localhost ~]# yum -y install nfs-utils rpcbind
[root@localhost ~]# systemctl enable nfs
[root@localhost ~]# systemctl enable rpcbind

设置共享目录

[root@localhost ~]# mkdir -p /opt/wwwroot
[root@localhost ~]# vi /etc/exports
/opt/wwwroot   192.168.10.0/24(rw,sync,no_root_squash)

可以同时发布多个目录，并且可以为不同的客户端设置不同的访问权限

rw 可读写的权限
ro 只读的权限
no_root_squash 登入NFS主机，使用该共享目录时相当于该目录的拥有者，如果是root的话，那么对于这个共享的目录来说，他就具有root的权限，这个参数极不安全，不建议使用
root_squash 登入NFS主机，使用该共享目录时相当于该目录的拥有者。但是如果是以root身份使用这个共享目录的时候，那么这个使用者（root）的权限将被压缩成为匿名使用者，即通常他的UID与GID都会变成nobody那个身份
all_squash 不论登入NFS的使用者身份为何，他的身份都会被压缩成为匿名使用者，通常也就是nobody
sync 资料同步写入到内存与硬盘当中
async 资料会先暂存于内存当中，而非直接写入硬盘
insecure 允许从这台机器过来的非授权访问

启动 NFS 服务程序

[root@localhost ~]# systemctl start rpcbind
[root@localhost ~]# systemctl start nfs
[root@localhost ~]# netstat -anpt | grep rpc
tcp        0      0 0.0.0.0:20048     0.0.0.0:*               LISTEN      44153/rpc.mountd    
tcp        0      0 0.0.0.0:50661     0.0.0.0:*               LISTEN      7511/rpc.statd      
tcp6       0      0 :::20048          :::*                    LISTEN      44153/rpc.mountd    
tcp6       0      0 :::54742          :::*                    LISTEN      7511/rpc.statd

查看本机发布的 NFS 共享目录

[root@localhost ~]# showmount -e
Export list for localhost.localdomain:
/opt/wwwroot 192.168.7.0/24
/var/ftp/pub 192.168.10.173,192.168.7.172

在客户机中访问 NFS 共享资源

NFS 协议的目标是提供一种网络文件系统
对 NFS 共享的访问使用 mount 命令来进行挂载，对应的文件系统类型为nfs
既可以手动挂载，也可以加入/etc/fstab 配置文件来实现开机自动挂载
考虑到群集系统中的网络稳定性，NFS服务器与客户机之间最好使用专有网络进行连接

安装 rpcbind 软件包，并启动 rpcbind 服务

[root@localhost ~]# yum -y install rpcbind nfs-utils
[root@localhost ~]# systemctl enable rpcbind
[root@localhost ~]# systemctl start rpcbind

手动在 web 节点挂载 nfs

[root@localhost ~]# mount -t nfs 192.168.10.105:/opt/wwwroot /var/www/html

在 nfs 上创建测试网页

[root@localhost ~]# vim /var/www/html/index.html
LVS test

linux做客户端时可以用一下代码进行测试

[root@localhost ~]# for i in $(seq 10);do curl 172.16.16.172;done

小阿轩yx-LVS负载均衡群集