一、羣集
1、羣集的含義
羣集：也被稱爲集羣。是由多臺主機構成，但對外只表現爲一個整體，只提供一個訪問入口（域名或IP），相當於一臺大型計算機。
2、羣集存在必要性
出現的問題
互聯網應用中，隨着站點對硬件性能、響應速度、服務穩定性、數據可靠性等要求越來越高，單臺服務器無法滿足負載均衡及高可用的需求。
解決方法
方法一：使用價格昂貴的小型機、大型機。（花費高）
方法二：使用多臺相對廉價的普通服務器構建服務羣集。（花費低）
結果
大部分企業都選擇方法二整合多臺服務器，使用LVS來達到服務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。而這就是企業中常用的一種羣集技術——LVS（Linux Virtual Server ，Linux虛擬服務器）。
二、羣集的分類
1、負載均衡羣集
- 提高應用系統的響應能力、儘可能處理更多的訪問請求、減少延遲爲目標，獲得高併發、高負載(LB)的整體性能。
- LB的負載分配依賴於主節點的分流算法，將來自客戶機的訪問請求分擔給多個服務器節點，從而緩解整個系統的負載。
- 例如：“DNS輪詢”、“反向代理”等。
2、高可用羣集
- 提高應用系統的可靠性、儘可能地減少中斷時間爲目標，確保服務的連續性，達到高可用(HA) 的容錯效果。
- 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在線；主從則只有主節點在線，但當出現故障時從節點能自動切換爲主節點。
- 例如：“故障切換”、“雙機熱備” 等。
3、高性能羣集
- 以提高應用系統的CPU運算速度、擴展硬件資源和分析能力爲目標，獲得相當於大型、超級計算機的高性能運算(HPC)能力。
- 高性能依賴於"分佈式運算”、“並行計算” ， 通過專用硬件和軟件將多個服務器的CPU、內存等資源整合在一起，實現只有大型、超級計算機才具備的計算能力。
- 例如，“雲計算”、“網格計算”等。
三、負載均衡羣集架構和工作模式
負載均衡的結構
第一層，負載調度器(Load Balancer或Director)
訪問整個羣集系統的唯一入口， 對外使用所有服務器共有的VIP地址，也稱爲羣集IP地址。通常會配置主、備兩臺調度器實現熱備份，當主調度器失效以後能夠平滑替換至備用調度器，確保高可用性。
第二層，服務器池(Server Pool)
羣集所提供的應用服務、由服務器池承擔，其中每個節點具有獨立的RIP地址(真實IP)，只處理調度器分發過來的客戶機請求。當某個節點暫時失效時，負載調度器的容錯機制會將其隔離，等待錯誤排除以後再重新納入服務器池。
第三層，共享存儲(Share Storage)
爲服務器池中的所有節點提供穩定、一致的文件存取服務， 確保整個羣集的統一性共享存儲可以使用NAS設備,或者提供NFS共享服務的專用服務器。
負載均衡羣集工作模式分析
1）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絡結構，負載調度器作爲所有服務器節點的網關，即作爲客戶機的訪問入口，也是各節點回應客戶機的訪問出口
- 服務器節點使用私有IP地址，與負載調度器位於同一個物理網絡，安全性要優於其他兩種方式
2）TUN模式------IP隧道
- IP Tunnel,簡稱TUN模式
- 採用開放式的網絡結構，負載調度器僅作爲客戶機的訪問入口，各節點通過各自的Internet連接直接回應客戶機，而不再經過負載調度器
- 服務器節點分散在互聯網中的不同位置,具有獨立的公網IP地址，通過專用IP隧道與負載調度器相互通信
3）DR模式------直接路由
- Direct Routing，簡稱DR模式
- 採用半開放式的網絡結構，與TUN模式的結構類似，但各節點並不是分散在各地，而是與調度器位於同一個物理網絡
- 負載調度器與各節點服務器通過本地網絡連接，不需要建立專用的IP隧道
四、LVS虛擬服務器
Linux Virtual Server
針對Linux內核開發的負載均衡解決方案
- 1998年5月，由我國的章文嵩博士創建
- 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， 爲基於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
- LVS現在已成爲Linux內核的一部分，默認編譯爲ip_ vs模塊，必要時能夠自動調用。在CentOS 7系統中，以下操作可以手動加載ip_ vs模塊，並查看當前系統中ip_ vs模塊的版本信息。
#加載ip_va模塊
modprobe ip_vs
#確認內核對LVS的支持
cat /proc/net/ip_vs
五、LVS的負載調度算法
1、輪詢(Round Robin)
● 將收到的訪問請求按照順序輪流分配給羣集中的各節點(真實服務器) ,均等地對待每一臺服務器 ，而不管服務器實際的連接數和系統負載
2、加權輪詢 (Weighted Round Robin)
● 根據調度器設置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
● 保證性能強的服務器承擔更多的訪問流量
3、最少連接 (Least Connections )
● 根據真實服務器已建立的連接數進行分配，將收到的訪問請求優先分配給連接數最少的節點
4、加權最少連接(Weighted L east Connections )
● 在服務器節點的性能差異較大時，可以爲真實服務器自動調整權重
● 性能較高的節點將承擔更大比例的活動連接負載
六、ipvsadm工具
ipvsadm功能與選項說明
| 選項 | 功能 |
|---|---|
| -A | 添加虛擬服務器 |
| -D | 刪除整個虛擬服務器 |
| -s | 指定負載調度算法（輪詢：rr、加權輪詢：wrr、最少連接：lc、加權最少連接：wlc） |
| -a | 表示添加真實服務器（節點服務器） |
| -d | 刪除某一個節點 |
| -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羣集模式 |
| -g | 表示使用 DR模式 |
| -i | 表示使用 TUN模式 |
| -w | 設置權重（權重爲 0 時表示暫停節點） |
| -p 60 | 表示保持長連接60秒 |
| -l | 列表查看 LVS 虛擬服務器（默認爲查看所有） |
| -n | 以數字形式顯示地址、端口等信息，常與“-l”選項組合使用。ipvsadm -ln |
七、NAT模式LVS負載均衡羣集部署
LVS調度器作爲Web 服務器池的網關，LVS具有兩塊網卡，分別連接內外網，使用輪詢（rr）調度算法
環境配置
| 主機 | 操作系統 | IP地址 | 工具/軟件/安裝包 |
|---|---|---|---|
| 負載均衡器 | CentOS7 | 內網：192.168.109.7、外網：12.0.0.1 | ipvsadm |
| NFS服務器 | CentOS7 | 192.168.109.3 | rpcbind、nfs-utils |
| Web節點服務器1 | CentOS7 | 192.168.109.12 | rpcbind、nfs-utils、httpd |
| Web節點服務器2 | CentOS7 | 192.168.109.22 | rpcbind、nfs-utils、httpd |
| 客戶端 | Windows10 | 12.0.0.10 | —————— |
注意：負載調度器網關可設置爲自身IP或不設置，服務器和客戶機的網關都要設置，地址爲負載調度器的內外網關地址。（跨網段訪問必須要網關）
1、部署共享存儲（NFS服務器：192.168.109.3）
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/test1
mkdir /opt/test2
chmod 777 /opt/test1
chmod 777 /opt/test2
vim /etc/exports
/opt/zq 192.168.109.0/24(rw,sync)
/opt/test 192.168.109.0/24(rw,sync)
exportfs -rv
2、配置節點服務器（192.168.109.12、192.168.109.22）
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 192.168.109.3
web服務器1、2這步一樣
Web節點服務器1：192.168.109.12
mount.nfs 192.168.109.3:/opt/test1 /var/www/html
df -h
echo 'this is test1 web!' > /var/www/html/index.html
Web節點服務器1：192.168.109.22
mount.nfs 192.168.109.3:/opt/test2 /var/www/html
df -h
echo 'this is test2 web!' > /var/www/html/index.html
3.配置負載調度器
負載調度器：內網關 ens33：192.168.109.7，外網關 ens36：12.0.0.1
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 192.168.109.0/24 -o ens36 -j SNAT --to-source 12.0.0.1
2）加載LVS內核模塊
#加載 ip_vs模塊
modprobe ip_vs
#查看 ip_vs版本信息
cat /proc/net/ip_vs
3）安裝ipvsadm 管理工具
yum -y install ipvsadm
#啓動服務前須保存負載分配策略
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
或
ipvsadm --save > /etc/sysconfig/ipvsadm
systemctl start ipvsadm.service
4）配置負載分配策略（NAT模式只要在服務器上配置，節點服務器不需要特殊配置）
#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 192.168.109.12:80 -m
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.109.22:80 -m
#啓用策略
ipvsadm
#查看節點狀態，Masq代表 NAT模式
ipvsadm -ln
#保存策略
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
4、測試
