LVS负载均衡群集

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一、集群的含义

集群、群集
由多台主机构成，但对外只表现为一个整体

二、集群类型

• 负载均衡集群

• 高可用集群

• 高性能运算集群

1、负载均衡集群

• 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

2、高可用集群

• 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

3、高性能运算集群

• 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（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

三、负载均衡集群架构

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)

1、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。

2、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。

3、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。

四、负载均衡集群工作模式分析

负载均衡集群是目前企业用得最多的群集类型

集群的负载调度技术有3种工作模式

• 地址转换（NAT模式）
• IP隧道 （TUN模式）
• 直接路由（DR模式）

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

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​

​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

3、DR模式（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 模式：只需要一个公网IP地址，是最易用的一种负载均衡模式，安全性较好。
TUN 模式和 DR 模式：负载能力强大，适用范围广，节点安全性较差。

五、LVS虚拟服务器

1、Linux Virtual Server

• 针对Linux内核开发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
• 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

使用 LVS 可以达到的技术目标是：通过 LVS 达到的负载均衡技术和 Linux 操作系统实现一个高性能高可用的 Linux 服务器集群，具有良好的可靠性、可扩展性和可操作性。从而以低廉的成本实现最优的性能。LVS 是一个实现负载均衡集群的开源软件项目，LVS 架构从逻辑上可分为调度层、Server 集群层和共享存储层。

2、LVS的组成及作用

• ipvs(ip virtual server)：LVS 是基于内核态的 netfilter 框架实现的 IPVS功能，工作在内核态。用户配置 VIP 等相关信息并传递到 IPVS 就需要用到 ipvsadm 工具。
• ipvsadm：ipvsadm 是 LVS 用户态的配套工具，可以实现 VIP 和 RS 的增删改查功能，是基于 netlink 或 raw socket 方式与内核 LVS 进行通信的，如果 LVS 类比于 netfilter，那 ipvsadm 就是类似iptables 工具的地位。

作用

• 主要用于多服务器的负载均衡
• 工作在网络层，可实现高性能，高可用的服务器集群技术
• 廉价，可把许多低性能的服务器组合在一起形成一个超级服务器
• 易用，配置简单，有多种负载均衡的方法
• 稳定可靠，即使在集群的服务器中某台服务器无法正常工作，也不影响整体效果
• 可扩展性好

3、LVS与Nginx功能对比

• LVS 比 Nginx 具有更强的抗负载能力，性能高，对内存和 CPU 资源消耗较低
• LVS 工作在网络层，具体流量由操作系统内核进行处理，Nginx 工作在应用层，可针对 HTTP 应用实施一些分流策略
• LVS 安装配置较复杂，网络依赖性大，稳定性高。Nginx 安装配置较简单，网络依赖性小
• LVS 不支持正则匹配处理，无法实现动静分离效果。Nginx 可实现这方面的功能
• LVS 适用的协议范围广。Nginx 仅支持 HTTP、HTTPS、Email 协议，适用范围小

4、软件负载均衡的种类

• Nginx ：支持 4 层 / 7 层负载均衡，支持 HTTP、E-mail 协议
• LVS ：纯 4 层负载均衡，运行在内核态，性能是软件负载均衡中最高的
• HAproxy ：是 7 层负载均衡软件，支持 7 层规则的设置，性能也不错
  优点
  简单、灵活、便宜（直接在 Linux 操作系统上安装上述所使用的软件负载均衡，部署及维护较简单，
  4 层 和 7 层负载均衡可根据业务进行选择也可根据业务特点，比较方便进行扩展及定制功能）

六、LVS的负载调度算法

轮询（Round Robin）

• 将收到的访问请求按照顺序轮流分配给群集的各节点（真是服务器），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（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

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

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

LVS-NAT部署

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

LVS群集创建与管理

步骤

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

LVS的管理工具（ipvsadm）

ipvsadm工具选项说明

-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0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

LVS负载调度器：ens33：192.168.32.10 ens37：192.168.84.10 （vmnet1）
Web 节点服务器1：192.168.32.20
Web 节点服务器2：192.168.32.30
客户端（win10）：192.168.84.20 （vmnet1）

注意：
win10虚拟机网关设置为192.168.84.10
web服务器网关设置为192.168.32.10

配置节点服务器（192.168.32.20、192.168.32.30）

关闭防火墙

systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0

安装httpd服务

yum -y install httpd

systemctl start httpd
systemctl enable httpd

配置负载调度器LVS

vim /etc/sysctl.conf


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

iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.32.0/24 -o ens37 -j SNAT --to-source 192.168.84.10

加载LVS内核模块
modprobe ip_vs #手动加载ip_vs模块

cat /proc/net/ip_vs

yum -y install ipvsadm

启动服务前必须保存负载分配策略，否则将会报错
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
systemctl start ipvsadm.service

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）

ipvsadm -C #清除原有策略
ipvsadm -A -t 192.168.84.10:80 -s rr
ipvsadm -a -t 192.168.84.10:80 -r 192.168.32.20:80 -m -w 1
ipvsadm -a -t 192.168.84.10:80 -r 192.168.32.30:80 -m -w 1

-A 添加虚拟服务器
-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（后端节点服务器）
-t 指定VIP地址及TCP端口
-m 表示使用NAT群集模式
-w 设置权重（权重为0时表示暂停节点）

ipvsadm #启动策略
ipvsadm -ln #查看节点状态，Masq代表NAT模式
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm #保存策略


访问192.168.84.10，然后刷新


watch -n 1 ipvsadm -ln