一、群集

1、群集的含義

群集：也被稱為集群，是由多臺主機構成，但對外只表現為一個整體，只提供一個訪問入口（域名或IP），相當于一臺大型計算機，

2、群集存在必要性

出現的問題
互聯網應用中，隨著站點對硬體性能、回應速度、服務穩定性、資料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群集，（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，并于同一個IP地址對外提供相同服務，而這就是企業中常用的一種群集技術——LVS（Linux Virtual Server ，Linux虛擬服務器），

二、群集的分類

1、負載均衡群集

• 提高應用系統的回應能力、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(LB)的整體性能，
• LB的負載分配依賴于主節點的分流演算法，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、高可用群集

• 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，
• HA的作業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為主節點，
• 例如：“故障切換”、“雙機熱備” 等，

3、高性能群集

• 以提高應用系統的CPU運算速度、擴展硬體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，
• 高性能依賴于"分布式運算”、“并行計算” ， 通過專用硬體和軟體將多個服務器的CPU、記憶體等資源整合在一起，實作只有大型、超級計算機才具備的計算能力，
• 例如，“云計算”、“網格計算”等，

三、負載均衡群集架構和作業模式

負載均衡的結構

第一層，負載調度器(Load Balancer或Director)
訪問整個群集系統的唯一入口， 對外使用所有服務器共有的VIP地址，也稱為群集IP地址，通常會配置主、備兩臺調度器實作熱備份，當主調度器失效以后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)
群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，等待錯誤排除以后再重新納入服務器池，

第三層，共享存盤(Share Storage)
為服務器池中的所有節點提供穩定、一致的檔案存取服務， 確保整個群集的統一性共享存盤可以使用NAS設備,或者提供NFS共享服務的專用服務器，

負載均衡群集作業模式分析

1）NAT模式------地址轉換

• Network Address Translation，簡稱NAT模式
• 類似于防火墻的私有網路結構，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路，安全性要優于其他兩種方式

2）TUN模式------IP隧道

• IP Tunnel,簡稱TUN模式
• 采用開放式的網路結構，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

3）DR模式------直接路由

• Direct Routing，簡稱DR模式
• 采用半開放式的網路結構，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路
• 負載調度器與各節點服務器通過本地網路連接，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，必要時能夠自動呼叫，在CentOS 7系統中，以下操作可以手動加載ip_ vs模塊，并查看當前系統中ip_ vs模塊的版本資訊，

#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的負載調度演算法

1、輪詢(Round Robin)
● 將收到的訪問請求按照順序輪流分配給群集中的各節點(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)
● 根據調度器設定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，可以為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

七、NAT模式LVS負載均衡群集部署

LVS調度器作為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）調度演算法

環境配置

注意：負載調度器網關可設定為自身IP或不設定，服務器和客戶機的網關都要設定，地址為負載調度器的內外網關地址，（跨網段訪問必須要網關）

1、部署共享存盤（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版本資訊
cat /proc/net/ip_vs

3）安裝ipvsadm 管理工具

yum -y install ipvsadm

#啟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
#啟用策略
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、測驗