叢集（一）——LVS負載均衡叢集
一、群集的含義
叢集、群集
由多臺主機構成，但對外，只表現為一個整體，只提供一個訪問入口（域名或IP），相當於一臺大型計算機。
1、群集存在的必要
網際網路應用中，隨著站點對硬體效能、響應速度、服務穩定性、資料可靠性等要求越來越高，單臺伺服器無法滿足負載均衡及高可用的需求。
2、解決方法
1、使用價格昂貴的小型機、大型機。
2、使用多臺相對廉價的普通伺服器構建服務群集。
通過整合多臺伺服器，使用LVS來達到伺服器高可用和負載均衡，並於同一個IP地址對外提供相同服務。
這就是企業中常用的一種群集技術——LVS（Linux Virtual Server ，Linux虛擬伺服器）。
二、群集可分為三種
根據叢集針對的目標差異，可分為三種
1、負載均衡群集
2、高可用群集
3、高效能群集
1、負載均衡群集(Load Balance Cluster)
1、提高應用系統的響應能力、儘可能處理更多的訪問請求、減少延遲為目標，獲得高併發、高負載(LB)的整體效能。
2、LB的負載分配依賴於主節點的分流演算法，將來自客戶機的訪問請求分擔給多個伺服器節點，從而緩解整個系統的負載。
2、高可用群集 (High Availability Cluster)
1、提高應用系統的可靠性、儘可能地減少中斷時間為目標，確保服務的連續性，達到高可用(HA) 的容錯效果。
2、HA的工作方式包括雙工和主從兩種模式，雙工即所有節點同時線上；主從則只有主節點線上，但當出現故障時從節點能自動切換為主節點。
例如：“故障切換”、“雙機熱備” 等。
3、高效能運算群集(High Performance Computer Cluster)
1、以提高應用系統的CPU運算速度、擴充套件硬體資源和分析能力為目標，獲得相當於大型、超級計算機的高效能運算(HPC)能力。
2、高效能依賴於"分散式運算”、“平行計算” ， 通過專用硬體和軟體將多個伺服器的CPU、記憶體等資源整合在一起，實現只有大型、超級計算機才具備的計算能力。例如，“雲端計算”、“網格計算”等。
三、負載均衡群集架構
負載均衡的結構
第一層，負載排程器(Load Balancer或Director)
訪問整個群集系統的唯一入口， 對外使用所有伺服器共有的VIP地址，也稱為群集IP地址。通常會配置主、備兩臺排程器實現熱備份，當主排程器失效以後能夠平滑替換至備用排程器，確保高可用性。
第二層，伺服器池(Server Pool)
群集所提供的應用服務、由伺服器池承擔，其中每個節點具有獨立的RIP地址(真實IP)，只處理排程器分發過來的客戶機請求。當某個節點暫時失效時，負載排程器的容錯機制會將其隔離，等待錯誤排除以後再重新納入伺服器池。
第三層，共享儲存(Share Storage)
為伺服器池中的所有節點提供穩定、一致的檔案存取服務， 確保整個群集的統一性共享儲存可以使用NAS裝置,或者提供NFS共享服務的專用伺服器。
四、負載均衡群集工作模式分析
1、負載均衡群集是目前企業用得最多的群集型別
2、群集的負載排程技術有3種工作模式
- 地址轉換（NAT模式）
- IP隧道 （TUN模式）
- 直接路由（DR模式）
五、三種負載排程工作模式
（一）、NAT模式
地址轉換
- Network Address Translation，簡稱NAT模式
- 類似於防火牆的私有網路結構，負載排程器作為所有伺服器節點的閘道器，即作為客戶機的訪問入口，也是各節點回應客戶機的訪問出口
- 伺服器節點使用私有IP地址，與負載排程器位於同一個物理網路，安全性要優於其他兩種方式
（二）、TUN模式
IP隧道
- IP Tunnel,簡稱TUN模式
- 採用開放式的網路結構，負載排程器僅作為客戶機的訪問入口，各節點通過各自的Internet連線直接回應客戶機，而不再經過負載排程器
- 伺服器節點分散在網際網路中的不同位置,具有獨立的公網IP地址，通過專用IP隧道與負載排程器相互通訊
（三）、DR模式
直接路由
- Direct Routing，簡稱DR模式
- 採用半開放式的網路結構，與TUN模式的結構類似，但各節點並不是分散在各地，而是與排程器位於同一個物理網路
- 負載排程器與各節點伺服器通過本地網路連線，不需要建立專用的IP隧道
六、LVS虛擬伺服器
1、Linux Virtual Server
- 針對Linux核心開發的負載均衡解決方案
- 1998年5月，由我國的章文嵩博士建立
- 官方網站: http://www.linuxvirtualserver.orgl
- LVS 實際上相當於基於IP地址的虛擬化應用， 為基於IP地址和內容請求分發的負載均衡提出了一種高效的解決方法
2、LVS現在已成為Linux核心的一部分，預設編譯為ip_ vs模組，必要時能夠自動呼叫。在CentOS 7系統中，以下操作可以手動載入ip_ vs模組，並檢視當前系統中ip_ vs模組的版本資訊。
modprobe ip_vs cat /proc/net/ip_vs #確認核心對LVS的支援
七、LVS的負載排程演算法
1、輪詢(Round Robin)
- 將收到的訪問請求按照順序輪流分配給群集中的各節點(真實伺服器) ,均等地對待每一臺伺服器 ，而不管伺服器實際的連線數和系統負載
2、加權輪詢 (Weighted Round Robin)
- 根據排程器設定的權重值來分發請求，權重值高的節點優先獲得任務，分配的請求數越多
- 保證效能強的伺服器承擔更多的訪問流量
3、最少連線 (Least Connections )
- 根據真實伺服器已建立的連線數進行分配，將收到的訪問請求優先分配給連線數最少的節點
4、加權最少連線(Weighted L east Connections )
- 在伺服器節點的效能差異較大時，可以為真實伺服器自動調整權重
- 效能較高的節點將承擔更大比例的活動連線負載
八、ipvsadm工具
| ipvsadm功能與選項說明 | |
| 選項 | 功能 |
| -A | 新增虛擬伺服器 |
| -D | 刪除整個虛擬伺服器 |
| -s | 指定負載排程演算法（輪詢：rr、加權輪詢：wrr、最少連線：lc、加權最少連線：wlc） |
| -a | 表示新增真實伺服器（節點伺服器） |
| -d | 刪除某一個節點 |
| -t | 指定 VIP地址及 TCP埠 |
| -r | 指定 RIP地址及 TCP埠 |
| -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 | 設定權重（權重為 0 時表示暫停節點） |
| -p 60 | 表示保持長連線60秒 |
| -l | 列表檢視 LVS 虛擬伺服器（預設為檢視所有） |
| -n | 以數字形式顯示地址、埠等資訊，常與“-l”選項組合使用。ipvsadm -ln |
九、NAT模式LVS負載均衡群集部署
LVS排程器作為Web 伺服器池的閘道器，LVS具有兩塊網絡卡，分別連線內外網，使用輪詢（rr）排程演算法
環境配置
| 主機 | 作業系統 | IP地址 | 工具/軟體/安裝包 |
| 負載均衡器 | CentOS7 | 內網：192.168.184.10、外網：12.0.0.1 | ipvsadm |
| NFS伺服器 | CentOS7 | 192.168.184.20 | rpcbind、nfs-utils |
| Web節點伺服器1 | CentOS7 | 192.168.184.30 | rpcbind、nfs-utils、httpd |
| Web節點伺服器2 | CentOS7 | 192.168.184.40 | rpcbind、nfs-utils、httpd |
| 客戶端 | Windows10 | 12.0.0.12 | —————— |
1、部署共享儲存（NFS伺服器：192.168.184.20）
systemctl stop firewalld.service systemctl disable firewalld.service setenforce 0 yum -y install nfs-utils rpcbind systemctl start rpcbind.service systemctl start nfs.service systemctl enable nfs.service systemctl enable rpcbind.service mkdir /opt/lic mkdir /opt/kiki chmod 777 /opt/lic chmod 777 /opt/kiki vim /etc/exports /usr/share *(ro,sync) /opt/lic 192.168.184.0/24(rw,sync) /opt/kiki 192.168.184.0/24(rw,sync) exportfs -rv
1.部署共享儲存（NFS伺服器：192.168.116.60）
systemctl stop firewalld.service systemctl disable firewalld.service setenforce 0 yum install nfs-utils rpcbind -y systemctl start nfs.service systemctl start rpcbind.service systemctl enable nfs.service systemctl enable rpcbind.service mkdir /opt/accp /opt/benet chmod 777 /opt/accp /opt/benet echo 'this is accp web!' > /opt/accp/index.html echo 'this is benet web!' > /opt/benet/index.html vim /etc/exports /usr/share *(ro,sync) /opt/kgc 192.168.116.0/24(rw,sync) /opt/benet 192.168.116.0/24(rw,sync)
2.釋出共享
exportfs -rv
3.配置節點伺服器（192.168.116.80、192.168.116.90）
systemctl stop firewalld.service systemctl disable firewalld.service setenforce 0 yum install httpd -y systemctl start httpd.service systemctl enable httpd.service yum install nfs-utils rpcbind -y showmount -e 192.168.116.60 systemctl start rpcbind systemctl enable rpcbind
mount.nfs 192.168.116.60:/opt/accp /var/www/html echo 'this is accp web!' > /var/www/html/index.html vim /etc/fstab 192.168.116.60:/opt/accp /myshare nfs defaults,_netdev 0 0
web 1 節點伺服器
web2 節點伺服器
4.配置負載排程器（內閘道器 ens33：192.168.116.100，外閘道器 ens37：12.0.0.1）
systemctl stop firewalld.service systemctl disable firewalld.service setenforce 0
（1）配置SNAT轉發規則 vim /etc/sysctl.conf net.ipv4.ip_forward = 1 或 echo '1' > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward sysctl -p iptables -t nat -F iptables -F iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.80.0/24 -o ens36 -j SNAT --to-source 12.0.0.1 （2）載入LVS核心模組 modprobe ip_vs #載入 ip_vs模組 cat /proc/net/ip_vs #檢視 ip_vs版本資訊 （3）安裝ipvsadm 管理工具 yum -y install ipvsadm
啟動服務前須儲存負載分配策略
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm 或者 ipvsadm --save > /etc/sysconfig/ipvsadm systemctl start ipvsadm.service （4）配置負載分配策略（NAT模式只要在伺服器上配置，節點伺服器不需要特殊配置） ipvsadm -C #清除原有策略 ipvsadm -A -t 12.0.0.1:80 -s rr ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.80.11:80 -m [-w 1] ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.80.12:80 -m [-w 1] ipvsadm #啟用策略 ipvsadm -ln #檢視節點狀態，Masq代表 NAT模式 ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm #儲存策略
ipvsadm -d -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.80.11:80 -m [-w 1] #刪除群集中某一節點伺服器 ipvsadm -D -t 12.0.0.1:80 #刪除整個虛擬伺服器 systemctl stop ipvsadm #停止服務（清除策略） systemctl start ipvsadm #啟動服務（重建規則）、 ipvsadm-restore < /etc/sysconfig/ipvsadm #恢復LVS 策略
5.測試效果
在一臺IP為12.0.0.12的客戶機使用瀏覽器訪問 http://12.0.0.1/ ，不斷重新整理瀏覽器測試負載均衡效果，重新整理間隔需長點