小阿軒yx-LVS負載均衡群集

小阿軒yx-LVS負載均衡群集

  • 構建群集服務器—通過整合多臺服務器
  • 使用 LVS 達到服務器的高可用和負載均衡
  • 并以同一個 IP 地址對外提供相同的服務

LVS 群集應用基礎

  • 群集稱呼來自英文單詞“Cluster”
  • 在服務器領域則表示大量服務器的集合體，區分單個服務器

Cluster

  • 表示一群、一串的意思

LVS 群集技術概述

  • 根據企業環境不同
  • 群集提供的功能也不同
  • 采用的技術細節也不同
群集的三種類型

每種群集都至少包含兩臺服務器，對外表現為一個整體，只提供一個訪問入口

負載均衡群集(Load Balance Cluster)

  • 提高應用系統的響應能力
  • 盡可能處理更多的訪問請求
  • 減少延遲為目標
  • 獲得高并發、高負載的整體性能

高可用群集(High Availability Cluster)

  • 提高應用系統的可靠性
  • 盡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

高性能運算群集(High Performance Computer Cluster)

  • 提高應用系統的 CPU運算速度、擴展硬件資源和分析能力為目標
  • 獲得相當于大型、超級計算機的高性能運算(HPC)能力

不同類型的群集在必要時可以合并，如高可用的負載均衡群集

負載均衡的分層結構

典型的負載均衡群集中包括三個層次的組件

  • 前端至少有一個負載調度器(Load Balancer，或稱為 Director)負責響應并分發來自客戶機的訪問請求
  • 后端由大量真實服務器(Real Server)構成服務器池(Server Poo1)，提供實際的應用服務,整個群集的伸縮性通過增加、刪除服務器節點來完成

第一層，負載調度器

  • 這是訪問整個群集系統的唯一入口
  • 對外使用所有服務器共有的 VIP(Virtual IP，虛擬 IP)地址，也稱為群集 IP 地址

第二層，服務器池

  • 群集所提供的應用服務(如HTTP、FTP)由服務器池承擔，每個節點具有獨立的RIP(Real IP，真實 IP)地址，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，等待錯誤排除以后再重新納入服務器池

第三層，共享存儲

  • 為服務器池中的所有節點提供穩定、一致的文件存取服務，確保整個群集的統一性。
  • Linux/UNIX 環境中，共享存儲可以使用 NAS 設備，或者提供 NFS(Network File System，網絡文件系統)共享服務的專用服務器
負載均衡的工作模式
  • 群集的負載調度技術，可以基于 IP、端口、內容等進行分發
  • 其中基于 IP 的負載調度是效率最高的

基于IP的負載均衡模式中，常見的三種工作模式有

  • 地址轉換
  • IP 隧道
  • 直接路由

地址轉換(Network Address Translation)

  • 簡稱 NAT 模式
  • 類似于防火墻的私有網絡結構，負載調度器作為所有服務器節點的網關，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。
  • 服務器節點使用私有IP地址，與負載調度器位于同一個物理網絡，安全性要優于其他兩種方式。

IP 隧道(IP Tunnel)

  • 簡稱 TUN 模式
  • 采用開放式的網絡結構，
  • 負載調度器僅作為客戶機的訪問入口，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。

直接路由(Direct Routing)

  • 簡稱 DR 模式
  • 采用半開放式的網絡結構，與 TUN模式的結構類似,但各節點并不是分散在各地,而是與調度器位于同一個物理網絡。
  • 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。

NAT方式只需要一個公網 IP地址，從而成為最易用的一種負載均衡模式，許多硬件負載均衡設備就采用這種方式

優勢

  • 安全性也比較好

相比較而言DR 模式和 TUN 模式

優勢

  • 負載能力更加強大
  • 適用范圍更廣

缺點

  • 節點的安全性稍差一些

LVS 虛擬服務器

Linux Virtual Server

  • 是針對Linux 內核開發的一個負載均衡項目
  • 由我國的章文嵩博士在 1998年5月創建
  • 官方站點位于 http://www.linuxvirtualserver.org/
  • LVS 實際上相當于基于 IP地址的虛擬化應用
  • 為基于 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 現在已成為 Linux 內核的一部分
  • 默認編譯為 ip_vs 模塊
  • 必要時能夠自動調用
LVS 的負載調度算法
  • 針對不同網絡服務和配置，LVS 調度器提供多種不同的負載調度算法

最常用的四種算法

  • 輪詢
  • 加權輪詢
  • 最少連接
  • 加權最少連接

輪詢(RoundRobin)

  • 將收到的訪問請求按照順序輪流分配給群集中的各節點，均等地對待每臺服務器，而不管服務器實際的連接數和系統負載。

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并且分配的請求越多,這樣可以保證性能高的節點承擔更多請求。

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。如果所有的服務器節點性能相近，采用這種方式可以更好地均衡負載。

加權最少連接(Weighted Least Connections)

  • 在服務器節點的性能差異較大的情況下,調度器可以根據節點服務器負載自動調整權重,權重較高的節點將承擔更大比例的活動連接負載。
使用 ipvsadm 管理工具

ipvsadm 是在負載調度器上使用的 LVS 群集管理工具，通過調用 ip_vs 模塊來添加、刪除服務器節點，以及查看群集的運行狀態。

構建 LVS 負載均衡群集
地址轉換模式（LVS-NAT）

實驗環境

各web節點需要設置網關，NFS不需要

CentOS 系統，手動加載 ip_vs 模塊并查看信息

//加載 ip_vs模塊
[root@localhost ~]# modprobe ip_vs
//查看 ip_vs 版本信息
[root@localhost ~]# cat /proc/net/ip_vs
IP Virtual Server version 1.2.1(size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags->RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn

配置負載調度器

[root@localhost ~]# setenforce 0
[root@localhost ~]# systemctl stop firewalld

安裝 ipvsadm

[root@localhost ~]# yum -y install ipvsadm

查看?ipvsadm 版本

[root@localhost ~]# ipvsadm -v
ipvsadm v1.27 2008/5/15 (compiled with popt and IPVS v1.2.1)

添加配置文件

[root@localhost ~]# vim /etc/sysctl.conf 
## 添加下面代碼
net.ipv4.ip_forward = 1

語句生效

[root@localhost ~]# sysctl -p

配置新策略

[root@localhost ~]# ipvsadm -C

創建虛擬服務器

[root@localhost ~]# ipvsadm -A -t 172.16.16.172:80 -s rr

添加服務器節點

[root@localhost ~]# ipvsadm -a -t 172.16.16.172:80 -r 192.168.10.102:80 -m -w 1
[root@localhost ~]# ipvsadm -a -t 172.16.16.172:80 -r 192.168.10.103:80 -m -w 1

查看當前策略信息

[root@localhost ~]# ipvsadm-save
-A -t localhost.localdomain:http -s rr
-a -t localhost.localdomain:http -r 192.168.10.102:http -m -w 1
-a -t localhost.localdomain:http -r 192.168.10.103:http -m -w 1

-s：指定調度算法

  • rr：輪詢

  • wrr：加權輪詢

  • lc：最小鏈接數

  • wlc：加權最小連接數

（

  • -A????添加一個新的集群服務；

  • -E????修改一個己有的集群服務；

  • -D????刪除指定的集群服務；

  • -a????向指定的集群服務中添加RS及屬性；

  • -e????修改RS屬性；

  • -t????指定為tcp協議；

  • -u????指定為udp協議；

  • -s????調度方法，默認為wlc；

  • -w????指定權重，默認為1；

  • -g????Gateway,?DR模型；

  • -i????ipip,?TUN模型；

  • -m????masquerade,?NAT模型；

  • -S????保存ipvsadm設定的規則策略，默認保存在/etc/sysconfig/ipvsadm中；

  • -R????載入己保存的規則策略，默認加載/etc/sysconfig/ipvsadm；

  • -C????清除所有集群服務；

  • -Z????清除所有記數器；

  • -L????顯示當前己有集群服務，能通過相應的options查看不同狀態信息；

  • -r ?????????指定真實服務器的地址）

啟動 ipvsadm

[root@localhost ~]# systemctl enable ipvsadm

配置 web 節點服務器

在兩個 web 節點上安裝 httpd

[root@localhost ~]# yum -y install httpd
[root@localhost ~]# systemctl stop firewalld 
[root@localhost ~]# setenforce 0
[root@localhost ~]# yum -y install nfs-utils

?創建測試頁

[root@localhost ~]# vim /var/www/html/index.html
LVS test1

啟動 httpd 服務

[root@localhost ~]# systemctl start httpd
[root@localhost ~]# systemctl enable httpd

客戶端測試 LVS 群集

[root@localhost ~]# curl 172.16.16.172

在 LVS 上產看調度信息

[root@localhost ~]# ipvsadm -ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags-> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  172.16.16.172:80 rr-> 192.168.10.102:80              Masq    1      0          0         -> 192.168.10.103:80              Masq    1      0          0

  • ActiveConn是活動連接數,也就是tcp連接狀態的ESTABLISHED

  • InActConn是指除了ESTABLISHED以外的,所有的其它狀態的tcp連接

linux 做客戶端時可以用以下代碼進行測試

[root@localhost ~]# for i in $(seq 10);do curl 172.16.16.172;done

?NFS 共享存儲服務

NFS

  • 是一種基于 TCP/IP 傳輸的網絡文件系統協議
  • 最初由 Sun 公司開發
  • 通過使用 NFS協議，客戶機可以訪問遠程服務器中的共享資源
  • 對于大多數負載均衡群集來說，使用 NFS協議來共享數據存儲是比較常見的做法
  • NFS也是NAS存儲設備必然支持的一種協議
使用 NFS 發布共享資源
  • NFS 服務的實現依賴于 RPC(Remote Process Call，遠端過程調用)機制
  • 以完成遠程到本地的映射過程

CentOS7系統中，需要安裝軟件包提供 NFS共享服務

  • nfs-utils
  • rpcbind

前者用于 NFS 共享發布和訪問

后者用于RPC支持

安裝 nfs-utils、rpcbind 軟件包

[root@localhost ~]# systemctl stop firewalld 
[root@localhost ~]# setenforce 0
[root@localhost ~]# yum -y install nfs-utils rpcbind
[root@localhost ~]# systemctl enable nfs
[root@localhost ~]# systemctl enable rpcbind

設置共享目錄

[root@localhost ~]# mkdir -p /opt/wwwroot
[root@localhost ~]# vi /etc/exports
/opt/wwwroot   192.168.10.0/24(rw,sync,no_root_squash)

可以同時發布多個目錄，并且可以為不同的客戶端設置不同的訪問權限

  • rw 可讀寫的權限?
  • ro 只讀的權限?
  • no_root_squash?登入NFS主機，使用該共享目錄時相當于該目錄的擁有者，如果是root的話，那么對于這個共享的目錄來說，他就具有root的權限，這個參數極不安全，不建議使用
  • root_squash 登入NFS主機，使用該共享目錄時相當于該目錄的擁有者。但是如果是以root身份使用這個共享目錄的時候，那么這個使用者（root）的權限將被壓縮成為匿名使用者，即通常他的UID與GID都會變成nobody那個身份
  • all_squash 不論登入NFS的使用者身份為何，他的身份都會被壓縮成為匿名使用者，通常也就是nobody
  • sync?資料同步寫入到內存與硬盤當中?
  • async 資料會先暫存于內存當中，而非直接寫入硬盤?
  • insecure 允許從這臺機器過來的非授權訪問

啟動 NFS 服務程序

[root@localhost ~]# systemctl start rpcbind
[root@localhost ~]# systemctl start nfs
[root@localhost ~]# netstat -anpt | grep rpc
tcp        0      0 0.0.0.0:20048     0.0.0.0:*               LISTEN      44153/rpc.mountd    
tcp        0      0 0.0.0.0:50661     0.0.0.0:*               LISTEN      7511/rpc.statd      
tcp6       0      0 :::20048          :::*                    LISTEN      44153/rpc.mountd    
tcp6       0      0 :::54742          :::*                    LISTEN      7511/rpc.statd

查看本機發布的 NFS 共享目錄

[root@localhost ~]# showmount -e
Export list for localhost.localdomain:
/opt/wwwroot 192.168.7.0/24
/var/ftp/pub 192.168.10.173,192.168.7.172

在客戶機中訪問 NFS 共享資源

  • NFS 協議的目標是提供一種網絡文件系統
  • 對 NFS 共享的訪問使用 mount 命令來進行掛載，對應的文件系統類型為nfs
  • 既可以手動掛載，也可以加入/etc/fstab 配置文件來實現開機自動掛載
  • 考慮到群集系統中的網絡穩定性，NFS服務器與客戶機之間最好使用專有網絡進行連接

安裝 rpcbind 軟件包，并啟動 rpcbind 服務

[root@localhost ~]# yum -y install rpcbind nfs-utils
[root@localhost ~]# systemctl enable rpcbind
[root@localhost ~]# systemctl start rpcbind

手動在 web 節點掛載 nfs

[root@localhost ~]# mount -t nfs 192.168.10.105:/opt/wwwroot /var/www/html

在 nfs 上創建測試網頁

[root@localhost ~]# vim /var/www/html/index.html
LVS test

linux做客戶端時可以用一下代碼進行測試

[root@localhost ~]# for i in $(seq 10);do curl 172.16.16.172;done

小阿軒yx-LVS負載均衡群集

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