一、群集

1、群集的含义

群集:也被称为集群。是由多台主机构成,但对外只表现为一个整体,只提供一个访问入口(域名或IP),相当于一台大型计算机。

2、为什么会有群集

出现的问题
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,单台服务器无法满足负载均衡及高可用的需求。

解决方法
方法一:使用价格昂贵的小型机、大型机。(花费高)
方法二:使用多台相对廉价的普通服务器构建服务群集。(花费低)

结果
大部分企业都选择方法二整合多台服务器,使用LVS来达到服务器高可用和负载均衡,并于同一个IP地址对外提供相同服务。而这就是企业中常用的一种群集技术——LVS(Linux Virtual Server ,Linux虚拟服务器)。

二、群集的分类

根据集群针对的目标差异,可分为以下三种

1、负载均衡群集

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。
例如:“DNS轮询”、“反向代理”等。

2、高可用群集

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。

3、高性能群集

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。
补充:这三种类型中,负载均衡群集和高可用群集通常结合使用。

三、负载均衡群集架构和工作模式

1、负载均衡的结构

第一层,负载调度器(Load Balancer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,等待错误排除以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。
image.png

2、负载均衡群集工作模式分析

负载均衡群集是目前企业用得最多的群集类型
群集的负载调度技术有3种工作模式,模式如下
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)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

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
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。
```html/xml
#加载ip_va模块
modprobe ip_vs
#确认内核对LVS的支持
cat /proc/net/ip_vs

![image.png](https://s2.51cto.com/images/20220606/1654525067414306.png?x-oss-process=image/watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_30,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=)
要使用LVS的能力,只需安装一个LVS的管理工具:ipvsadm。
ipvsadm功能与选项说明
2、LVS的负载调度算法
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
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)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
4)加权最少连接(Weighted L east 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
## 五、LVS负载均衡NAT模式群集部署
LVS调度器作为Web 服务器池的网关,LVS具有两块网卡,分别连接内外网,使用轮询(rr)调度算法
![image.png](https://s2.51cto.com/images/20220606/1654525536204360.png?x-oss-process=image/watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_30,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=)
服务器和客户机的网关都要设置,地址为负载调度器的内外网关地址。(跨网段访问必须要网关)
#### 1、部署共享存储
NFS服务器:192.168.100.74
```html/xml
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/xug
mkdir /opt/myt

chmod 777 /opt/xug
chmod 777 /opt/myt

vim /etc/exports
/opt/xug 192.168.100.0/24(rw,sync)
/opt/myt 192.168.100.0/24(rw,sync)

exportfs -rv

image.png
image.png
image.png
image.png
image.png

2、配置节点服务器

Web节点服务器1:192.168.100.73
Web节点服务器2:192.168.100.74
两者都需要安装服务,步骤一样,这里就放一起了
```html/xml
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 192.168.100.75

![image.png](https://s2.51cto.com/images/20220606/1654527315289674.png?x-oss-process=image/watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_30,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=)
![image.png](https://s2.51cto.com/images/20220606/1654527720240762.png?x-oss-process=image/watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_30,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=)
![image.png](https://s2.51cto.com/images/20220606/1654528073962853.png?x-oss-process=image/watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_30,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=)
![image.png](https://s2.51cto.com/images/20220606/1654528649752995.png?x-oss-process=image/watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_30,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=)
Web节点服务器1:192.168.100.73
```html/xml
mount.nfs 192.168.100.75:/opt/xug /var/www/html
echo 'this is test1 web!' > /var/www/html/index.html

image.png
image.png
Web节点服务器2:192.168.100.74
```html/xml
mount.nfs 192.168.100.75:/opt/myt /var/www/html
echo 'this is test2 web!' > /var/www/html/index.html

![image.png](https://s2.51cto.com/images/20220606/1654529295987018.png?x-oss-process=image/watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_30,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=)
![image.png](https://s2.51cto.com/images/20220606/1654529383598668.png?x-oss-process=image/watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_30,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=)
#### 3、配置负载调度器
负载调度器:内网关 ens33:192.168.100.72,外网关 ens37:12.0.0.1
```html/xml
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0

(1)配置SNAT转发规则
```html/xml
vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward = 1

echo '1' > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
sysctl -p

iptables -t nat -F
iptables -F
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.100.0/24 -o ens37 -j SNAT --to-source 12.0.0.1

![image.png](https://s2.51cto.com/images/20220606/1654529645647286.png?x-oss-process=image/watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_30,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=)
![image.png](https://s2.51cto.com/images/20220606/1654529739959194.png?x-oss-process=image/watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_30,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=)
![image.png](https://s2.51cto.com/images/20220606/1654529963682590.png?x-oss-process=image/watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_30,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=)
2)加载LVS内核模块
```html/xml
#加载 ip_vs模块
modprobe ip_vs
#查看 ip_vs版本信息
cat /proc/net/ip_vs

image.png
3)安装ipvsadm 管理工具
```html/xml
yum -y install ipvsadm

#启动服务前须保存负载分配策略
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm

ipvsadm --save > /etc/sysconfig/ipvsadm

systemctl start ipvsadm.service

这个工具我已经安装好了,就不带大家安装了
(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)
```html/xml
#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 192.168.100.73:80 -m
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.100.74:80 -m
#启用策略
ipvsadm

#查看节点状态,Masq代表 NAT模式
ipvsadm -ln
#保存策略
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm

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4、测试效果

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第二种方法
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