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LVS负载均衡群集及LVS-NAT部署(热爱漫无边际,生活自有分寸)

目录

前言

一、企业群集应用概述

1.1 群集的含义

1.2 企业群集分类

1.2.1 负载均衡群集(Load Balance Cluster)

1.2.2 高可用群集(High Availability Cluster)

1.2.3 高性能运算群集(High Performance Computer Cluster)

1.3 负载均衡群集

1.3.1 负载均衡群集架构口负载均衡的结构

1.3.2 工作模式

1.4 LVS虚拟服务器

1.4.1 LVS概述

1.4.2 LVS的负载调度算法

1.5 ipvsadm工具

二、LVS-NAT部署实操

2.1 NFS服务器配置

2.2 web1配置

2.3 web2配置

2.4 负载均衡器配置

2.5 客户机访问

总结


前言

随着目前各大公司的业务多做越大,网站的访问也越来越多,配置负载均衡成为了必备,除去硬件层面的负载均衡,那么软件层面的负载均衡最常用的就是LVS,本篇博客就介绍一下LVS负载均衡群集。

一、企业群集应用概述

1.1 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lP地址),相当于一台大型计算机。

目前互联网应用中,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,单台服务器已经无法满足负载均衡及高可用的要求。通常有以下两个解决方法:

  • 纵向扩展:扩展CPU、内存、使用价格昂贵的小型机、大型机
  • 横向扩展:使用多台相对廉价的普通服务器构建服务群集

但是纵向扩展总有上限,插槽的数量有限,所以我们更多的采用横向扩展,通过整合多台服务器,使用LVS来达到服务器的高可用和负载均衡,并以同一个IP地址(通常成为浮动IP,简称VIP)对外提供相同的服务。

在企业中常用的一种群集技术——LVS(Linux Virtual Server,Linux虚拟服务器)(由国人研究出来)

1.2 企业群集分类

根据群集所针对的目标差异,可分为三种类型

  • 负载均衡群集
  • 高可用群集
  • 高性能运算群集(云计算就是一种高性能的运算群集)

1.2.1 负载均衡群集(Load Balance Cluster)

  • 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压力。例如,“DNS轮询"“反向代理”等
  • 服务例如nginx也有自己的负载均衡,但是服务本身的负载均衡有上限,再者服务工作在应用成,而LVS是在内核
  • 阿里云的负载均衡的组件叫SLB

1.2.2 高可用群集(High Availability Cluster)

  • 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

根据对服务状态是否具有依赖,HA分为两类:

  • 有状态服务:后续对服务的请求依赖于之前对服务的请求。
  • 无状态服务:对服务的请求没有依赖关系,是完全独立的。

根据提供服务的不同方式,HA分为两类:

  • Active/Passive HA:主从模式。同一时间只有一个主节点提供服务,其他节点保持备用状态并时刻监测主节点的工作状态。当主节点出现故障时,备用节点上的服务被启动从而替代主节点提供服务。
  • Active/Active HA;双工模式。同一时间有多个节点提供服务,当一个节点出现故障时,由其他节点承担额外的负载。

高可用的计算公式是1-(宕机时间)/(宕机时间+运行时间)有点类似与网络传输的参数误码率,我们用9的个数表示可用性:

2个9:99%=1%*365=3.65*24h=87.6h

4个9:99.99%=0.01%*365*24*60=52.56min

5个9:99.999%=0.001%*365=5.265min

11个9:几乎一年宕机时间只有几分钟

9越多说明高可用性能越好,大多数中小型公司都是3-5个9

1.2.3 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
  • 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(目前已实现常态化)

1.3 负载均衡群集

1.3.1 负载均衡群集架构口负载均衡的结构

  • 第一层,负载调度器(Load Balancer或Director)负载均衡层

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)web应用层

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。

负载均衡群集架构图

 

1.3.2 工作模式

负载均衡群集是目前企业用的额最多的群集类型

  • 地址转换NAT
  • IP隧道
  • 直接路由

(1)地址转换NAT

  • 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
  • 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)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
  • 缺点:暴露在公网中有安全问题、性能问题、成本较高

 

(3) DR模式

  • 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
  • 成本、性能均平衡

 

总结:

NAT模式承载客户端的访问入口和节点服务器回应出口的两方面压力

DR模式较好,调度器接受用户请求,转发给节点服务器,节点服务器直接返回给客户端,调度器不会成为性能瓶颈

1.4 LVS虚拟服务器

1.4.1 LVS概述

Linux Virtual Server是针对Linux内核开发的负载均衡解决方案,由我国博士章文嵩在1998年创建,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的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CentOS7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@localhost ~]# modprobe ip_vs#手动加载[root@localhost ~]# cat /proc/net/ip_vsIP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags  -> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn   #确认内核对LVS的支持[root@localhost ~]# cd /usr/lib/modules/3.10.0-693.el7.x86_64/kernel/net/netfilter/ipvs/[root@localhost ipvs]# lsip_vs_dh.ko.xz   ip_vs.ko.xzip_vs_lblcr.ko.xz  ip_vs_nq.ko.xz      ip_vs_rr.ko.xz   ip_vs_sh.ko.xz   ip_vs_wrr.ko.xzip_vs_ftp.ko.xz  ip_vs_lblc.ko.xz  ip_vs_lc.ko.xz     ip_vs_pe_sip.ko.xz  ip_vs_sed.ko.xz  ip_vs_wlc.ko.xz[root@localhost ipvs]# ls |grep -o "^[^.]*"ip_vs_dhip_vs_ftpip_vsip_vs_lblcip_vs_lblcrip_vs_lcip_vs_nqip_vs_pe_sipip_vs_rrip_vs_sedip_vs_ship_vs_wlcip_vs_wrr[root@localhost ipvs]# for i in $(ls |grep -o "^[^.]*")> do> echo $i> modprobe $i#使用for循环,一次性加载

1.4.2 LVS的负载调度算法

  • 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

  • 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

  • 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

  • 加权最少连接(Weighted Least 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

1.5 ipvsadm工具

使用ipvsadm工具创建与管理LVS群集步骤:

  1. 创建虚拟服务器
  2. 添加、删除服务器节点
  3. 查看群集及节点情况
  4. 保存负载分配策略

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:1c、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

(1)配置SNAT转发规则vim/ etc/sysctl.conf net.ipv4.ip_forward = 1iptables -t nat -F iptables -F iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.109.0/24 -o ens36 -j SNAT --to-source 12.0.0.254(2)加载LVS内核模块modprobe ip_vs    #加载ip vs模块cat/proc/net/ip_vs#查看ipvs版本信息或全部加载for i in $(ls /usr/lib/modules/$(uname -r)/kernel/net/netfilter/ipvs|grep -o "^[^.]*");do echo $i; /sbin/modinfo -F filename $i >/dev/null 2>&1 && /sbin/modprobe $i;done(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或者ipvsadm --save > /etc/sysconfig/ipvsadm systemctl start ipvsadm.service

二、LVS-NAT部署实操

LVS调度器作为web服务器池的网关,LVS两块网卡,分别连接内外网,使用轮询(rr)调度算法

 

负载均衡器centos7-4 ens33:192.168.109.134   ens36:12.0.0.254

web服务器1centos7-2 (http)192.168.109.132

web服务器2centos7-3 (nginx)192.168.109.133

NFS服务器centos7-1 192.168.109.131

客户端w7:12.0.0.200

注:web服务一台用httpd,一台用nginx

#每台机子关闭防火墙和selinuxsystemctl stop firewalldsystemctl disable firewalldsetenforce 0

2.1 NFS服务器配置

NFS服务器centos7-1 192.168.109.131

#下载nfs服务所需的包yum install nfs-utils.x86_64 rpcbind -y

2.2 web1配置

web服务器1centos7-2 (http)192.168.109.132

#安装http服务,并开启[root@web1 ~]# yum install -y httpd[root@web1 ~]# systemctl start httpd[root@web1 ~]# systemctl enable httpdCreated symlink from /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/httpd.service to /usr/lib/systemd/system/httpd.service.#挂载nfs服务器[root@web1 ~]# mount 192.168.109.131:/opt/nfs/stevelu /var/www/html/[root@web1 ~]# cd /var/www/html/[root@web1 html]# lsindex.html[root@web1 html]# cat index.html i am stevelu

 

2.3 web2配置

web服务器2centos7-3 (nginx)192.168.109.133

安装nginx服务

#先安装epel源,在用yum安装nginx服务先安装[root@web2 ~]# yum install -y epel-release[root@web2 ~]# yum install -y nginx[root@web2 ~]# systemctl start nginx[root@web2 ~]# systemctl enable nginxCreated symlink from /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/nginx.service to /usr/lib/systemd/system/nginx.service.#挂载nfs服务器[root@web2 ~]# mount 192.168.109.131:/opt/nfs/gyq /usr/local/nginx/html

2.4 负载均衡器配置

负载均衡器centos7-4 ens33:192.168.109.134 ens36:12.0.0.254

#设置外网网卡[root@7-4 network-scripts]# cp ifcfg-ens33 ifcfg-ens36[root@7-4 network-scripts]# vim ifcfg-ens36TYPE="Ethernet"PROXY_METHOD="none"BROWSER_ONLY="no"BOOTPROTO=staticDEFROUTE="yes"IPV4_FAILURE_FATAL="no"IPV6INIT="yes"IPV6_AUTOCONF="yes"IPV6_DEFROUTE="yes"IPV6_FAILURE_FATAL="no"IPV6_ADDR_GEN_MODE="stable-privacy"NAME="ens36"DEVICE="ens36"ONBOOT="yes"IPADDR=12.0.0.254NETMASK=255.255.255.0GATEWAY=12.0.0.2[root@7-4 network-scripts]# systemctl restart network#重启网卡

#开启IP转发[root@7-4 ~]# vim /etc/sysctl.conf net.ipv4.ip_forward=1#加载[root@7-4 ~]# sysctl -pnet.ipv4.ip_forward = 1#设置防火墙相关规则 [root@7-4 ~]# iptables -F[root@7-4 ~]# iptables -F -t nat[root@7-4 ~]# iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.109.0/24 -o ens3[root@7-4 ~]# iptables -nL -t natChain PREROUTING (policy ACCEPT)target     prot opt source destination  Chain INPUT (policy ACCEPT)target     prot opt source destination  Chain OUTPUT (policy ACCEPT)target     prot opt source destination  Chain POSTROUTING (policy ACCEPT)target     prot opt source destination  SNATall  --  192.168.109.0/24     0.0.0.0/0     to:12.0.0.[root@7-4 ~]# 

#下载ipvsadm工具[root@7-4 ~]# yum install -y ipvsadm#先保存源配置生成文件,没有这个文件服务起不来[root@7-4 ~]# ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm[root@7-4 ~]# systemctl start ipvsadm[root@7-4 ~]# systemctl enable ipvsadmCreated symlink from /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/ipvsadm.service to /usr/lib/systemd/system/ipvsadm.service.#加载全部模块[root@7-4 ~]# for i in $(ls /usr/lib/modules/$(uname -r)/kernel/net/netfilter/ipvs|grep -o "^[^.]*");do echo $i; /sbin/modinfo -F filename $i >/dev/null 2>&1 && /sbin/modprobe $i;doneip_vs_dhip_vs_ftpip_vsip_vs_lblcip_vs_lblcrip_vs_lcip_vs_nqip_vs_pe_sipip_vs_rrip_vs_sedip_vs_ship_vs_wlcip_vs_wrr[root@7-4 ~]# ipvsadm -C[root@7-4 ~]# ipvsadm -A -t 12.0.0.254:80 -s rr -p 10[root@7-4 ~]# ipvsadm -a -t 12.0.0.254:80 -r 192.168.109.132:80 -m[root@7-4 ~]# ipvsadm -a -t 12.0.0.254:80 -r 192.168.109.133:80 -m[root@7-4 ~]# ipvsadm IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags  -> RemoteAddress:Port    Forward Weight ActiveConn InActConnTCP  7-4:http rr persistent 10  -> 192.168.109.132:http  Masq    1      0   0    -> 192.168.109.133:http  Masq    1      0   0 [root@7-4 ~]# ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm#也可通过 (ipvsadm-save  RemoteAddress:Port    Forward Weight ActiveConn InActConnTCP  12.0.0.254:80 rr   persistent 10   VIP地址      端口号策略 长连接时间10秒  -> 192.168.109.132:80    Masq    1      0   0    -> 192.168.109.133:80    Masq    1      0   0     节点服务器  nat模式 权重  正在连接   断开连接

2.5 客户机访问

客户端w7:12.0.0.200

客户端设置相应的IP地址和网关

关闭客户端的防火墙


 改完后重启网卡

 

 

 

总结

部署LVS步骤:

1.加载ip_vs模块,安装ipvsadm工具

2.开启路由准发

3.新建LVS虚拟服务器并添加节点服务器

4.配置节点服务器

  • 建立测试网站
  • 挂载NFS共享存储
  • 建立测试网页

5.保存规则并测试