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一、企业群集应用概述
1、群集的含义
Cluster，集群，群集
由多台主机构成，但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。
2、群集的分类
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（LB）的整体性能；LB的负载分配依赖于主节点的分流算法，将来自客户机的访问请求分担给多个服务器节点，从而缓解整个系统的负载压力。例如，“DNS轮询”、“反向代理”等。
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；HA的工作方式包括双工和主从两种模式，双工即所有节点同时在线，主从则只有主节点在线，但当出现故障时从节点能自动切换为主节点。例如，“故障切换”、“双机热备”等。
高性能运算群集（High Performance Computer Cluster）：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。
二、负载均衡群集架构
1、负载均衡的结构
第一层，负载调度器（Load Balance 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，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，等待错误排除后再重新纳入服务器池。
第三层，共享存储（Share Storage）
为服务器池中所有节点提供稳定、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。
三、负载均衡群集工作模式
负载均衡群集是目前企业用的最多的群集模式
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，而是与调节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通道
三、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
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
1 modprobe ip_vs #确认内核对LVS的支持
2 cat /proc/net/ip_vs
3、LVS的负载调度算法
3.1 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
3.2 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
3.3 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
3.4 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
四、使用ipvsadm工具
1、LVS群集创建与管理
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。在CentOS 7 系统中，需要手动安装 ipvsadm.x86_64 0.1.27-7.el7 软件包
1 yum -y install ipvsadm 2 ipvsadm -v
LVS群集的管理工作主要包括创建虚拟服务器、添加服务器节点、查看群集节点状态、删除服务器节点和保存负载分配策略
2、ipvsadm 工具选项说明
1 -A 添加虚拟服务器 2 -D 删除整个虚拟服务器 3 -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） 4 -a 表示添加真实服务器（节点服务器） 5 -d 删除某一个节点 6 -t 指定 VIP地址及 TCP端口 7 -r 指定 RIP地址及 TCP端口 8 -m 表示使用 NAT群集模式 9 -g 表示使用 DR模式 10 -i 表示使用 TUN模式 11 -w 设置权重（权重为 0 时表示暂停节点） 12 -p 60 表示保持长连接60秒 13 -l 列表查看 LVS 虚拟服务器（默认为查看所有） 14 -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
五、NAT模式 LVS负载均衡群集部署
负载调度器：内网关 ens33:192.168.80.10 ，外网关 ens36:12.0.0.1
Web节点服务器1:192.168.80.100
Web节点服务器2:192.168.80.101
NFS服务器：192.168.80.13
客户端：12.0.0.12
1、部署共享存储（NFS服务器：192.168.80.13）
1 systemctl stop firewalld.service 2 systemctl disable firewalld.service 3 setenforce 0 4 5 yum -y install nfs-utils rpcbind 6 systemctl start rpcbind.service 7 systemctl start nfs.service 8 9 systemctl enable rpcbind.service 10 systemctl enable nfs.service 11 12 mkdir /opt/kgc /opt/benet 13 chmod 777 /opt/kgc /opt/benet 14 echo ‘this is kgc web !‘ > /opt/kgc/index.html 15 echo ‘this is benet web !‘ > /opt/benet/index.html 16 17 vim /etc/exports 18 /usr/share *(ro,sync) 19 /opt/kgc 192.168.80.0/24 (rw,sync) 20 /opt/benet 192.168.80.0/24 (rw,sync)
----发布共享----
export -rv
2、配置节点服务器（192.168.80.100、192.168.80.101）
systemctl stop firewalld.service systemctl disable firewalld.service setenforce 0 yum -y install httpd systemctl start httpd.service systemctl enable httpd.service yum -y install nfs-utils rpcbind showmount -e 192.168.80.13 systemctl start rpcbind systemctl enable rpcbind ----192.168.80.100---- mount.nfs 192.168.80.13:/opt/kgc /var/www/html vim /etc/fstab 192.168.80.13:/opt/kgc/ /var/www/html nfs defaults,_netdev 0 0 ----192.168.80.101---- mount.nfs 192.168.80.13:/opt/benet /var/www/html vim /etc/fstab 192.168.80.13:/opt/kgc/ /var/www/html nfs defaults,_netdev 0 0
3、配置负载调度器（内网关 ens33:192.168.80.10 ，外网关 ens36:12.0.0.1）
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 //or 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）加载LVS内核模块
modprobe ip_vs //加载 ip_vs模块 cat /proc/net/ip_vs //查看ip_vs版本信息 for i in $(ls /usr/lib/modules/$(uname -r)/kernel/net/netfilter/ipvs|grep -o "^[^.]*");do echo $i; /sbin/modinfo -F filename $i >/dev/null 2>&1 && /sbin/modprobe $i;done
（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 //or 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）
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 //启用策略 ipvsadm -ln //查看节点状态，Masq代表NAT模式 ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm //保存策略 /* ipvsadm -d -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.80.11:80 #删除群集中某一节点服务器 ipvsadm -D -t 12.0.0.1:80 #删除整个虚拟服务器 systemctl stop ipvsadm #停止服务（清除策略） systemctl start ipvsadm #启动服务（重建规则） ipvsadm-restore < /etc/sysconfig/ipvsadm //恢复LVS策略 */
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。
补充：