LVS负载均衡集群及实验

一、集群的概述

1、集群的含义

Cluster，集群、群集
由多台主机构成，但对外只表现为一个整体

2、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

3、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服务群集

二、集群的分类

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

三、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 Balancer或Director）
第二层，服务器池（Server Pool）
第三层，共享存储（Share Storage）

2、负载均衡集群是目前企业用得最多的集群类型

3、集群的负载调度技术有三种

①地址转换（NAT模式）

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

②IP隧道 （TUN模式）

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直接路由 （DR模式）

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

四、LVS虚拟服务器

1、Linux Virtual Server

针对Linux内核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/

modprobe ip_vs #加载 ip_vs模块

cat /proc/net/ip_vs #查看 ip_vs版本信息

2、LVS负载调度算法

①轮询

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

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

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

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

五、ipvsadm工具

1、ipvsdam工具介绍

从2.4版本开始，linux内核默认支持LVS。要使用LVS的能力，只需安装一个LVS的管理工具：ipvsadm

LVS的结构主要分为两部分：

工作在内核空间的IPVS模块。LVS的能力实际上都是由IVPS模块实现

工作在用户空间的ipvsadm管理工具。其作用是向用户提供一个命令接口，用于将配置的虚拟服务、真实服务等传给IPVS模块

2、ipvsadm工具安装

yum -y install ipvsadm

3、ipvsadm工具用法

六、LVS负载均衡集群实验

1、部署环境

NFS服务器一台：IP 192.168.200.11

节点服务器两台：ip 192.168.200.12

​ 192.168.200.13

调度器一台：IP 192.168.200.14

​ 还需要配置一块对外的虚拟网卡 IP 12.0.0.1

客户机：IP 12.0.0.12

2、NSF共享存储部署

①关闭防火墙

systemctl stop firewalld.service

systemctl disable firewalld.service

setenforce 0

安装nfs-utils rpcbind -y服务并启动

systemctl restart nfs.service
systemctl restart rpcbind.service

②创建共享目录

mkdir /opt/kgc

mkdir /opt/benet

chmod 777 /opt/kgc/

chmod 777 /opt/benet/

③在共享目录下创建文件并输入内容

vim /opt/kgc/index.html

vim /opt/benet/index.html

④发布共享目录

vim /etc/exports

/usr/share *(ro,sync)
/opt/kgc 192.168.200.0/24(rw,sync)
/opt/benet 192.168.200.0/24(rw,sync)

exportfs -rv

3、配置节点服务器

需要配置两台节点服务器

①关闭防火墙

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

②安装httpd服务

yum install -y httpd
systemctl start httpd.service
systemctl enable httpd.service

③安装NFS软件包，并查看共享目录

yum install nfs-utils rpcbind -y
showmount -e 192.168.200.11

④启动bind服务

systemctl start rpcbind

systemctl enable rpcbind

⑤192.168.200.13挂载目录

mount.nfs 192.168.200.11:/opt/kgc /var/www/html

vim /ets/fastab

192.168.200.11:/opt/kgc /myshare nfs defaults,_netdev 0 0 #永久挂载

⑥192.168.200.12挂载目录

mount.nfs 192.168.200.11:/opt/benet /var/www/html

vim /ets/fastab

192.168.200.11:/opt/benet /myshare nfs defaults,_netdev 0 0 #永久挂载

4、配置负载调度器

需要添加一块网卡ens36

ifconfig ens36 12.0.0.1/24

①配置SNAT转发规则

vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward = 1 #配置SNAT转发规则

iptables -t nat -F
iptables -F #清空规则
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.100.0/24 -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

③安装ipvsadm 管理工具

yum -y install ipvsadm

ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
或者
ipvsadm --save > /etc/sysconfig/ipvsadm

systemctl start ipvsadm.service

④配置负载均衡策略

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 192.168.200.12:80 -m -w 1
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.200.13:80 -m -w 1

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

5、效果测试

在一台IP为12.0.0.12 的客户机上使用浏览器访问 http://12.0.0.1/，不断刷新浏览器测试负载均衡效果，刷新间隔需要长点。

注意事项：
几台机器的网关没有指到调度器的33端口，就知道指客户机
调度器的36网卡没配
客户机的防火墙没关