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一、LVS群集应用基础
二、LVS虚拟服务器
三、搭建NFS共享存储服务

一、LVS群集应用基础

根据实际企业环境的不同,群集所提供的功能也各不相同,采用的技术细节也可能各有千秋。然而从整体上来看,需要先了解一些关于群集的共性特征,这样才能在构建和维护群集的工作中做到心中有数,避免操作上的盲目性。

1、群集的类型

无论是哪种群集,都至少包括两台节点服务器,而对外表现为一个整体,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。根据群集所针对的目标差异,可以分为以下三种类型。

  • 负载均衡群集(Load Balance Cluster):以提高应用系统的响应能力、尽可能处理更多的访问请求、较少延迟为目的,获得高并发、高负载的整体性能。例如,“DNS轮询” 、“应用层交换”、“反向代理”等都可用做负载均衡群集。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。

  • 高可用群集(High Availability Cluster):以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,例如,“故障切换”。“双机热备”、“多机热备”、等都属于高可用群集技术,HA的工作方式包括双工和主从两种模式。双工就是所有节点同时在线;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,和Cisco路由器的HSRP原理类似。

  • 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。例如,“云计算”、“网格计算”也可以当成HPC的一种。HPC群集的高性能依赖于“分布式计算” “并行计算”,通过专用硬件和软件将多台服务器的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。

不同类型的群集可以根据实际需求进行合并,如高可用的负载均衡群集。

2、负载均衡的分层结构

Centos 7之LVS负载均衡群集

  • 第一层:负载调度器,这是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(虚拟IP)地址,也称为群集IP。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平滑替换至备用调度器,确保高可用性。

  • 第二层:服务器池,群集所提供的应用服务(如HTTP、FTP)由服务器池承担,其中每个节点具有独立的RIP(真实IP)地址,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,负载调度器的容错机制会将其隔离,等待错误排除后在将其重新纳入服务器池。

  • 第三层:共享存储,为服务器池中的所有节点提供稳定、一致的文件存取服务,确保整个群集的统一性。在Linux/UNIX环境中,共享存储可以使用NAS设备,或者提供NFS(网络文件系统)共享服务的专用服务器。

3、负载均衡的工作模式

关于群集的负载调度技术,可以基于IP、端口、内容等进行分发,其中基于IP的负载调度是效率最高的,基于IP的负载均衡模式中,常见的有地址转换、IP隧道和直接路由三种工作模式,如下图:
Centos 7之LVS负载均衡群集

  • 地址转换: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,但负载调度器的压力较大。

  • IP隧道: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。

  • 直接路由:简称DR模式,采用半开放的网络结构,与TUN模式的结构类似,但各节点不是分散在各地的,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。

以上三种工作模式中,NAT方式只需要一个公网IP地址,从而成为最易用的一种负载均衡模式,安全性也比较好,许多硬件负载均衡设备就采用这种方式;相比较而言,DR模式和TUN模式的负载能力更加强大,适用范围更广,但节点的安全性要稍微差一些。

二、LVS虚拟服务器

Linux Virtual Server是针对Linux内核开发的一个负载均衡项目,官网是:http://www.linuxvirtualserver.org/ 可以进入官网查阅相关的技术文档。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率的解决方法。LVS现在已经成为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:

[root@centos01 ~]# modprobe ip_vs      <!--加载ip_vs模块-->
[root@centos01 ~]# cat /proc/net/ip_vs  <!--查看ip_vs版本信息-->
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn

1、LVS的负载调度算法

针对不同的网络服务和配置需要,LVS调度器提供多种不同的负载调度算法,其中最常用的四种算法包括轮询、加权轮询、最少连接和加权最少连接。

  • 轮询(rr):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),均等地对待每台服务器,而不管服务器实际的连接数和系统负载。

  • 加权轮询(wrr):根据真实服务器的处理能力轮流分配收到的访问请求,调度器可以自动查询个节点的负载情况,并动态调整其权重。这样可以保证处理能力强的服务器承担更多的访问流量。

  • 最少连接(lc):根据真实服务器已建立的连接数进行分配,将受到的访问请求优先分配给连接数最少的节点,如果所有的服务器节点性能相近,采用这种方式可以更好地均衡负载。

  • 加权最少连接(wlc):在服务器节点的性能差异较大的情况下,可以为真实服务器自动调整权重,权重较高的节点将承担更大比例的活动连接负载。

2、使用ipvsadm管理工具

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。

[root@centos01 ~]# yum -y install ipvsadm <!--安装ipvsadm工具-->
[root@centos01 ~]# ipvsadm -v      <!--查看ipvsadm版本-->
ipvsadm v1.27 2008/5/15 (compiled with popt and IPVS v1.2.1)

1)创建虚拟服务器

若群集的VIP地址为172.16.16.172,针对TCP 80端口提供负载分流服务,使用的调度算法为轮询,则对应的ipvsadm命令操作如下所示,对于负载均衡调度器来说,VIP必须是本机实际已启用的IP地址:

[root@centos01 ~]# ipvsadm -A -t 172.16.16.172:80 -s rr

上述操作中,选项-A表示添加虚拟服务器,-t用来指定VIP地址及TCP端口,-s用来指定负载调度算法——轮询(rr)、加权轮询(wrr)、最少连接(lc)、加权最少连接(wlc)。

2)添加服务器节点

为虚拟服务器172.16。16.172添加四个服务器节点,IP地址依次为192.168.7.21~24,对应的ipvsadm命令操作如下所示。若希望使用保持连接,还应添加“-p 60”选项,其中60为保持时间(单位为s):

[root@centos01 ~]# ipvsadm -a -t 172.16.16.172:80 -r 192.168.7.21:80 -m -w 1
[root@centos01 ~]# ipvsadm -a -t 172.16.16.172:80 -r 192.168.7.22:80 -m -w 1
[root@centos01 ~]# ipvsadm -a -t 172.16.16.172:80 -r 192.168.7.23:80 -m -w 1
[root@centos01 ~]# ipvsadm -a -t 172.16.16.172:80 -r 192.168.7.24:80 -m -w 1

上述操作中,选项-a表示添加真实服务器,-t用来指定VIP地址及TCP端口,-r用来指定RIP(真实IP)地址及TCP端口,-m表示使用NAT群集模式(-g DR模式和-i TUN模式),-w用来设置权重(权重为0时表示暂停节点)。

3)查看群集节点状态

结合选项-l可以列表查看LVS虚拟服务器,可以指定只查看某一个VIP地址(默认为查看所有),结合选项-n将以数字形式显示地址、端口等信息:

[root@centos01 ~]# 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
  -> 192.168.7.21:80              Masq    1      0          0         
  -> 192.168.7.22:80              Masq    1      0          0         
  -> 192.168.7.23:80              Masq    1      0          0         
  -> 192.168.7.24:80              Masq    1      0          0      

上述输出结果中Forward列下的Masquerade(地址伪装),表示采用的群集模式为NAT;如果是Route,则表示采用的群集模式为DR。

4)删除服务器节点

需要从服务器池中删除某一个节点时,使用选项-d。执行删除操作必须指定目标对象,包括节点地址、虚拟IP地址。例如,以下操作将会删除LVS群集172.16.16.172中的节点192.168.7.24。

[root@centos01 ~]# ipvsadm -d -r 192.168.7.24:80 -t 172.16.16.172:80

需要删除整个虚拟服务器时,使用选项-D并指定虚拟IP地址即可,无须指定节点。例如,若执行“ipvsadm -D -t 172.16.16.172:80”,则删除此虚拟化服务器。

5)保存负载分配策略

使用导出/导入工具ipvsadm-save/ipvsadm-restore可以保存、恢复LVS策略。当然也可以快速清除、重建负载分配策略。

[root@centos01 ~]# ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm  <!--保存策略-->
[root@centos01 ~]# cat /etc/sysconfig/ipvsadm  <!--确认保存结果-->
-A -t 172.16.16.172:http -s rr 
-a -t 172.16.16.172:http -r 192.168.7.21:http -m -w 1
-a -t 172.16.16.172:http -r 192.168.7.22:http -m -w 1
-a -t 172.16.16.172:http -r 192.168.7.23:http -m -w 1
[root@centos01 ~]# systemctl stop ipvsadm <!--停止服务(清除策略)-->
[root@centos01 ~]# systemctl start ipvsadm <!---启动服务(重建规则)->

三、搭建NFS共享存储服务

NFS是一种基于TCP/IP传输的网络文件系统协议,最初由Sun公司开发。通过使用NFS协议,客户机可以像访问本地目录一样访问远程服务器中的资源,对于大多数负载均衡群集来说,使用NFS协议来共享数据存储是比较常见的做法,NFS也是NAS存储设备必然支持的一种协议。

1、使用NFS发布共享资源

NFS服务的实现依赖于RPC机制,以完成远程到本地的映射过程。在Centos 7系统中,需要安装nfs-utils、rpcbind软件包来提供NFS共享服务,前者用于NFS共享发布和访问,后者用于RPC支持。

1)安装nfs-utils、rpcbind软件包

提供RPC支持的服务为rpcbind,提供NFS共享的服务为nfs,完成安装以后建议调整这两个服务的自启动状态,以便每次开机自动启动。手动加载NFS共享服务时,应该先启动rpcbind,再启动nfs。

[root@centos01 ~]# yum -y install nfs-utils rpcbind <!--安装所需软件包-->
[root@centos01 ~]# systemctl enable nfs<!--设置开机自动启动nfs-->
[root@centos01 ~]# systemctl enable rpcbind<!--设置开机自动启动rpcbind-->

2)设置共享目录

NFS的配置文件为/etc/exports,文件内容默认为空(无任何共享)。在exports文件中设置共享资源时,记录格式为“目录位置 客户机地址(权限选项)”。例如,若要将文件夹/opt/wwwroot共享给172.16.16.0/24网段使用,允许读写操作,具体配置如下所示:

[root@centos01 ~]# mkdir -p /opt/wwwroot <!--创建需要共享的目录-->
[root@centos01 ~]# vim /etc/exports <!--编辑NFS的配置文件,默认为空-->
/opt/wwwroot    192.168.100.0/24(rw,sync,no_root_squash)

*上述配置中“192.168.100.0/24”表示允许访问的客户机地址,可以是主机名、IP地址、网段地址、允许使用、?通配符;权限选项中的rw表示允许读写(ro为只读),sync表示同步写入,no_root_squash表示当前客户机以root身份访问时赋予本地root权限(默认是root_squash,将作为nfsnobody用户对待)。**

当需要将同一个目录共享给不同的客户机,且分配不同权限时,只要用空格分隔指定多个“客户机(权限选项)”即可。例如,以下操作将/var/ftp/public目录共享给两个客户机,并分别给予只读、读写权限。

[root@centos01 ~]# vim /etc/exports
/var/ftp/pub    192.168.4.11(ro) 192.168.4.110(rw)

3)启动NFS服务程序

[root@centos01 ~]# systemctl start rpcbind
[root@centos01 ~]# systemctl start nfs
[root@centos01 ~]# netstat -anptu | grep rpcbind
udp        0      0 0.0.0.0:965             0.0.0.0:*                           2064/rpcbind        
udp        0      0 0.0.0.0:111             0.0.0.0:*                           2064/rpcbind        
udp6       0      0 :::965                  :::*                                2064/rpcbind        
udp6       0      0 :::111                  :::*                                2064/rpcbind     

4)查看本机发布的NFS共享目录

[root@centos01 ~]# showmount -e
Export list for centos01:
/opt/wwwroot 192.168.100.0/24
/var/ftp/pub 192.168.4.110,192.168.4.11

2、在客户端中访问NFS共享资源

NFS协议的目标是提供一种网络文件系统,因此对NFS共享的访问也使用mount命令进行挂载,对应的文件系统类型为nfs,既可以手动挂载,也可以加入fstab配置文件来实现开机自动挂载,考虑到群集系统中的网络稳定性,NFS服务器与客户机之间最好使用专有网络进行连接。

1)安装rpcbind软件包,并启动rpcbind服务

若要正常访问NFS共享资源,客户机中也需要安装rpcbind软件包,并启动rpcbind系统服务。另外,为了使用showmount查询工具,建议将nfs-utils软件包也一起装上。

[root@centos02 ~]# yum -y install nfs-utils rpcbind
[root@centos02 ~]# systemctl start rcpbind
[root@centos02 ~]# systemctl enable rcpbind

如果客户端已经安装了nfs-utils软件包,则客户端也可以使用showmount查看NFS服务器端共享了哪些目录,查询格式为“showmount -e 服务器地址”。

[root@centos02 ~]# showmount -e 192.168.100.10
Export list for 192.168.100.10:
/opt/wwwroot 192.168.100.0/24
/var/ftp/pub 192.168.4.110,192.168.4.11

2)手动挂载NFS共享目录

以root用户身份执行mount操作,将NFS服务器共享的/opt/wwwroot目录挂载到本地目录/var/www/html。与挂载本地文件系统不同的是,设备位置处应指出服务器地址。

[root@centos02 ~]# mount 192.168.100.10:/opt/wwwroot /var/www/html  <!--挂载到本地-->
[root@centos02 ~]# df -hT /var/www/html<!--查看是否挂载成功-->
文件系统                    类型  容量  已用  可用 已用% 挂载点
192.168.100.10:/opt/wwwroot nfs4   76G  3.7G   73G    5% /var/www/html

3)fstab自动挂载设置

修改/etc/fstab配置文件,加入NFS共享目录的挂载设置。注意将文件系统类型设为nfs,挂载参数建添加_netdev(设备需要网络);若添加soft、intr参数可以实现软挂载,允许在网络中断时放弃挂载。这样客户端就可以在每次开机后自动挂载NFS共享资源了。

[root@centos02 ~]# vim /etc/fstab
......  <!--此处省略部分内容-->
192.168.100.10:/opt/wwwroot /var/www/html                         nfs     defaults,_netdev        0 0

完成挂载后,访问客户机的/var/www/html文件夹,就相当于访问NFS服务器中的/opt/wwwroot文件夹,其中网络映射过程对于用户程序来说是完全透明的。

—————— 本文至此结束,感谢阅读 ——————