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一.群集

1.群集的含义

• Cluster,集群、群集

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

2.集群的存在

• 存在的问题：

  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）

二.集群的分类

• 负载均衡集群
• 高可用集群
• 高性能运算集群

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、高负载的整体性能 高负载(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

1）第一层：负载调度器

• 企业构架中前端部分接受客户请求、请求分发给资源池对外，由调度器作为统一接受入口对内，按照分流算法分发流量/请求给服务器池

2）第二层：服务器池

等待调度器分配任务  服务器池接收、响应/处理负载调度的任务

3）第三层：共享存储

给与前端负载调度/服务器池提供存储空间为服务器提供存储空间

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由三种工作模式：

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

三种工作模式的区别：

工作模式	NAT	TUN模式	DR模式
real server（节点服务器
server number(节点数量）	low 10-20	High 100	High 100
真实网关	负载调度器	自由路由器	自由路由器
IP地址	公网+私网	公网	私网
优点	安全性高	安全速度快	性能最好
缺点	效率低、压力大	需要隧道支持	不能跨越lan(局域网）

四.Lvs虚拟服务器

1.IPVSADM

linux内核默认支持LVS，需要使用LVS的能力， 只需要安装一个LVS的管理工具：ipvsadm

Lvs的结构主要分为两个部分：

1）

工作在内核空间的IPVS模块，LVS的能力实际上都是IVPS模块实现

2）

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

ipvsadm工具选项说明：

-A	添加虚拟服务器
-D	删除整个虚拟服务器
-S	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)
-a	表示添加真实服务器（节点服务器）
-d	删除某一个节点
-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群集模式
-g	表示使用 DR模式
-i	表示使用 TUN模式
-w	设置权重（权重为 0 时表示暂停节点）
-p 60	表示保持长连接60秒
-l	列表查看 LVS 虚拟服务器（默认为查看所有）
-n	以数字形式显示地址、端口等信息，常与“-l”选项组合使用。ipvsadm -ln

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）最小连接

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）加权最小连接

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.LVS负载均衡NAT模式集群部署

• 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

环境配置：

主机	操作系统	IP地址	所需服务
lvs负载调度器	centos7	内网关：192.168.133.10 外网关：12.0.0.1	ipvsadm
NFS服务器	centos7	192.168.133.20	rpcbind、nfs-utils
Web节点服务器1	centos7	192.168.133.30	rpcbind、nfs-utils、httpd
Web节点服务器2	centos7	192.168.133.40	rpcbind、nfs-utils、httpd
客户端	win10	12.0.0.1

1.部署共享存储

NFS服务器：192.168.133.20

systemctl stop firewalld.servicesystemctl disable firewalld.servicesetenforce 0yum -y install nfs-utils rpcbindsystemctl start rpcbind.servicesystemctl start nfs.servicesystemctl enable nfs.servicesystemctl enable rpcbind.servicemkdir /opt/licmkdir /opt/kikichmod 777 /opt/lic chmod 777 /opt/kikivim /etc/exports/usr/share *(ro,sync)/opt/lic 192.168.184.0/24(rw,sync)/opt/kiki 192.168.184.0/24(rw,sync)exportfs -rv

2. 配置节点服务器

web节点服务器1：192.168.133.30

web节点服务器2：192.168.133.40

systemctl stop firewalld.servicesystemctl disable firewalld.servicesetenforce 0yum install httpd -ysystemctl start httpd.servicesystemctl enable httpd.serviceyum -y install nfs-utils rpcbindsystemctl start rpcbindsystemctl enable rpcbindshowmount -e 192.168.133.20

Web节点服务器1：192.168.133.30：

mount.nfs 192.168.133.20:/opt/test1 /var/www/htmlecho 'this is test1 web!' > /var/www/html/index.html

Web节点服务器2：192.168.133.40：

3.配置负载调度器

• 负载调度器：内网关 ens33：192.168.133.10，外网关 ens36：12.0.0.1

systemctl stop firewalld.servicesystemctl disable firewalld.servicesetenforce 0

1)配置SNAT 转发规则

vim /etc/sysctl.confnet.ipv4.ip_forward = 1或echo '1' > /proc/sys/net/ipv4/ip_forwardsysctl -piptables -t nat -Fiptables -Fiptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.133.0/24 -o ens36 -j SNAT --to-source 12.0.0.1

2）加载Lvs内核模块

#加载 ip_vs模块modprobe ip_vs#查看 ip_vs版本信息cat /proc/net/ip_vs

3）安装ipvsadm管理工具

yum -y install ipvsadm#启动服务前须保存负载分配策略ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm或ipvsadm --save > /etc/sysconfig/ipvsadmsystemctl start ipvsadm.service

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）

#清除原有策略ipvsadm -Cipvsadm -A -t 12.0.0.1:80 -s rripvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.133.30:80 -mipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.133.40:80 -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

4.测试效果

在一台IP为12.0.0.10的客户机使用浏览器访问 http://12.0.0.1/ ，不断刷新浏览器测试负载均衡效果，刷新间隔需长点.

总结：

Lvs:linux虚拟服务器， 通过lvs达到负载均衡技术、 和linux操作系统实现高性能高可用的linux服务器群集

• 群集：多台主机组成，对外表现为整体
• 群集分类：①负载均衡集群：分压，提高服务器性能、提高用户体验感
  ②高可用集群：冗余、解决单点故障、备份
  ③高性能运算集群：读写分离

负载均衡架构：

①：负载调度器：接收请求、请求分发资源池

②：服务器池：等待调度器任务，处理负载任务 ③：共享存储：为调度器、服务器池提供存储空间

负载均衡群集工作模式：

①：NAT：出入都经过负载调度器，后端服务器内网

②：IP隧道：服务器公网，访问进来会经过调度器，出去不会经过(耗费资金大） ③：DR：服务器本地网络，通过路由器对接响应。访问进来通过负载调度器

调度算法：

①轮询：轮流分配给集群

②加权轮询：设置权重值来分发请求 ③最小连接：分配给连接数最小的节点 ④加权最少连接：最小连接为基础，会调整权重值

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