LVS负载均衡群集
一.群集的含义
由多台主机构成，但对外只表现为一个整体。
二.出现的问题
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，单台服务器力不从心。
三.解决方法
使用价格昂贵的小型机，大型机。
使用普通服务器构建群集。
四.集群分类
根据群集所针对的目标差异，可以分为三种类型
1.负载均衡群集
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.高可用群集——keepalived（备份，容灾，冗余）
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.高性能运算群集
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”、“并行运算”，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。
五.负载均衡群集架构
1.负载调度器：接受客户请求，请求分发给资源池
2.服务器池：等待调度器分配任务
3.共享存储：给与前端负载调度/服务器池提供存储空间
企业架构中前端的部分
1.对外，由调度器服务器提供一个VIP作为统一接受入口，对内，按照分流算法分发流量/请求给服务器池。
2.服务器池接收，响应/处理负载调度的任务
3.共享存储为服务器提供存储空间
分层
按照服务/架构的功能进行分层
六.负载均衡群集工作模式分析
负载均衡群集是目前企业用的最多的群集类型
群集的负载调度技术有三种工作模式：
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
4.三种工作模式的区别
| 工作模式 | NAT | TUN模式 | DR模式 |
|---|---|---|---|
| real server（节点服务器） | |||
| server number(节点数量） | low 10-20 | high 100 | high 100 |
| 真实网关 | 负载调度器 | *路由器 | *路由器 |
| IP地址 | 公网+私网 | 公网 | 私网 |
| 优点 | 安全性高 | 安全、速度快 | 性能最好 |
| 缺点 | 效率低、压力大 | 需要隧道支持（贵） | 不能跨越LAN（局域网） |
七.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
2.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。在CentOS 7系统中，以下操作可以手动加载ip_ vs模块，并查看当前系统中ip_ vs模块的版本信息。
modprobe ip_vs
cat /proc/net/ip_vs #确认内核对LVS的支持
八.LVS的负载调度算法
1.轮询(Round Robin)
将收到的访问请求按照顺序轮流分配给群集中的各节点(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
2.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
3.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
4.加权最少连接(Weighted L east 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
九.ipvsadm工具
| 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） |
| -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 |
十.NAT模式LVS负载均衡群集部署
LVS调度器作为Web 服务器池的网关，LVS具有两块网卡，分别连接内外网，使用轮询（rr）调度算法
环境配置
| 主机 | 操作系统 | IP地址 | 工具/软件/安装包 |
|---|---|---|---|
| 负载均衡器 | CentOS7 | 内网：192.168.239.1、外网：12.0.0.1 | ipvsadm |
| NFS服务器 | CentOS7 | 192.168.239.60 | rpcbind、nfs-utils |
| Web节点服务器1 | CentOS7 | 192.168.239.30 | rpcbind、nfs-utils、httpd |
| Web节点服务器2 | CentOS7 | 192.168.239.40 | rpcbind、nfs-utils、httpd |
| 客户端 | Windows10 | 12.0.0.12 |
1.部署共享存储（NFS服务器：192.168.239.60）
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 192.168.239.0/24(rw,sync)
/opt/kiki 192.168.239.0/24(rw,sync)
exportfs -rv
2.配置节点服务器
Web节点服务器1：192.168.239.30
Web节点服务器2：192.168.239.40
两者都需要安装服务，步骤一样，这里就放一起了
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0
yum install httpd -y
systemctl start httpd.service
systemctl enable httpd.service
yum -y install nfs-utils rpcbind
systemctl start rpcbind
systemctl enable rpcbind
showmount -e 192.168.239.60
Web节点服务器1：192.168.239.30
mount.nfs 192.168.239.30:/opt/test1 /var/www/html
echo 'this is test1 web!' > /var/www/html/index.html
Web节点服务器2：192.168.239.40
mount.nfs 192.168.239.40:/opt/test2 /var/www/html
echo 'this is test2 web!' > /var/www/html/index.html
3.配置负载调度器
负载调度器：内网关 ens33：192.168.239.1，外网关 ens37：12.0.0.1
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0
（1）配置SNAT转发规则
vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward = 1
iptables -t nat -F
iptables -F
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.239.0/24 -o ens37 -j SNAT --to-source 12.0.0.1
（2）加载LVS内核模块
#加载 ip_vs模块
modprobe ip_vs
#查看 ip_vs版本信息
cat /proc/net/ip_vs
（3）安装ipvsadm 管理工具
yum -y install ipvsadm
#启动服务前须保存负载分配策略
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
或
ipvsadm --save > /etc/sysconfig/ipvsadm
systemctl start ipvsadm.service
（4）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）
#清除原有策略
ipvsadm -C
ipvsadm -A -t 12.0.0.1:80 -s rr
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.239.30:80 -m
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.239.40:80 -m
#启用策略
ipvsadm
#查看节点状态，Masq代表 NAT模式
ipvsadm -ln
#保存策略
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
4.测试效果
在一台IP为12.0.0.12的客户机使用浏览器访问 http://12.0.0.1/ ，不断刷新浏览器测试负载均衡效果，刷新间隔需长点.