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2022-08-01 21:04:15 主力论市

　　什么是集群是一组通过高速网络互连的计算组，作为单个系统进行管理。许多服务器组合在一起提供相同的服务，看起来客户端只有一台服务器。它可以以较低的成本在性能、可靠性和灵活性方面获得相对较高的收益。任务调度是集群系统的核心技术。集群分类高性能计算集群HPC 　　

　　-通过集群中开发的并行应用程序解决复杂的科学问题。负载平衡(LB)集群　　

　　-在高可用性(HA)集群中，客户端负载尽可能在计算机集群中平均分配。　　

　　-避免单点故障。当系统出现故障时，您可以快速迁移到负载均衡类型,- DNS 实现负载均衡. 　　

　　DNS负载均衡是最基本最简单的方式。一个域名通过DNS解析成多个IP，每个IP对应一个不同的服务器实例，从而完成流量调度。虽然没有使用传统的负载平衡器，但它确实完成了简单负载平衡的功能。　　

　　- 硬件负载均衡 　　

　　硬件负载均衡是专用于负载均衡的网络设备，类似于交换机和路由器。目前，业界有两种典型的硬件负载均衡设备：F5和A10。这种设备性能强，功能强大，但是价格非常昂贵。一般只有“土豪”公司才会用这种设备，一般业务水平的公司用不起。其次，业务量没那么大，用这些设备也是浪费。　　

　　- 软件负载均衡 　　

　　软件负载均衡，可以在普通服务器上运行负载均衡软件，实现负载均衡功能。目前常用的有Nginx、HAproxy、LVS。区别： 　　

　　-Nginx:它是7层负载均衡，支持HTTP和电子邮件协议。好像还支持4层负载均衡。　　

　　-HAproxy:是一款7层负载均衡软件，支持7层规则的设置，性能良好。OpenStack默认使用的负载均衡软件是HAproxy。　　

　　-LVS:这是一个纯粹的4层负载均衡。它运行在内核模式，性能是软件负载均衡中最高的。因为是在4层，所以也比较一般。　　

　　负载均衡LVS简介LB集群的架构和原理很简单，就是当用户的请求到来时，会直接分发到Director服务器上，然后它会根据设定的调度算法，智能平均地将用户的请求分发到后端真实服务器上。为了避免不同机器上的用户请求不同的数据，有必要使用共享存储来确保所有用户请求相同的数据。　　

　　LVS是Linux虚拟服务器的缩写，即Linux虚拟服务器。这是张博士发起的一个开源项目。现在LVS是Linux内核标准的一部分。使用LVS可以达到的技术目标是通过LVS和Linux操作系统实现的负载均衡技术，实现一个高性能、高可用的Linux服务器集群，具有良好的可靠性、可扩展性和可操作性。从而以低成本实现最佳性能。LVS是一个实现负载均衡集群的开源软件项目。LVS体系结构在逻辑上可以分为调度层、服务器集群层和共享存储。　　

　　LVS的基本工作原理 　　

　　1.当用户向负载平衡调度程序(Director Server)发出请求时，调度程序会将请求发送到内核空间。　　

　　2.2号。预路由链将首先接收用户请求，确定目标IP为本地IP，并将数据包发送到输入链。　　

　　3.IPVS在投入链上工作。当用户请求到达输入端时，IPVS会将用户请求与定义的集群服务进行比较。如果用户请求是定义的集群服务，那么IPVS将强制修改数据包中的目标IP地址和端口，并将新的数据包发送到路由后链。　　

　　4.在4之后。POSTROUTING link接收到数据包，它发现目标IP地址正好是自己的后端服务器，所以这个时候，数据包最终通过路由发送到后端服务器。　　

　　目前，LVS负载均衡调度算法LVS已经实现了10种调度算法。有四种常用的调度算法：-`轮询`,-将客户端请求平均分发到Real Server,-`加权轮询`,-根据Real Server权重值进行轮询调度和-`最少连接`.-选择连接数最少的服务器-`加权最少连接 `-根据Real Server权重值，选择连接数最少的服务器 　　

　　-源地址哈希　　

　　-根据请求的目标IP地址，作为哈希密钥(Hash Key 　　

）从静态分配的散列表找出对应的服务器LVS集群组成 - 前端：负载均衡层
-由一台或多台负载调度器构成

- 中间：服务器群组层
-由一组实际运行应用服务的服务器组成

- 底端：数据共享存储层
-提供共享存储空间的存储区域

相关术语DS： Director Server。指的是前端负载均衡器节点。

RS： Real Server。后端真实的工作服务器。

CIP： Client IP，表示的是客户端 IP 地址。

VIP： Virtual IP，表示负载均衡对外提供访问的 IP 地址，一般负载均衡 IP 都会通过 Virtual IP 实现高可用。

RIP： RealServer IP，表示负载均衡后端的真实服务器 IP 地址。

DIP： Director IP，表示负载均衡与后端服务器通信的 IP 地址。

LVS工作模式LVS/NAT：网络地址转换

-通过网络地址转换实现的虚拟服务器

-大并发访问时，调度器的性能成为瓶颈

-LVS/DR：直接路由

-直接使用路由技术实现虚拟服务器

-节点服务器需要配置VIP，注意MAC地址广播

-LVS/TUN：IP隧道

-通过隧道方式实现虚拟服务器

LVS各工作模式原理更详细原理可参考博客：https://blog.csdn.net/liwei0526vip/article/details/103104483

1.网络地址转换（LVS-NAT）

1.当用户请求到达Director Server，此时请求的数据报文会先到内核空间的PREROUTING链。此时报文的源IP为CIP，目标IP为VIP 。2.PREROUTING检查发现数据包的目标IP是本机，将数据包送至INPUT链3.IPVS比对数据包请求的服务是否为集群服务，若是则将请求报文中的源MAC地址修改为DIP的MAC地址，将目标MAC地址修改RIP的MAC地址，然后将数据包发至POSTROUTING链。此时的源IP和目的IP均未修改，仅修改了源MAC地址为DIP的MAC地址，目标MAC地址为RIP的MAC地址4.由于DS和RS在同一个网络中，所以是通过二层来传输。POSTROUTING链检查目标MAC地址为RIP的MAC地址，那么此时数据包将会发至Real Server。5.RS发现请求报文的MAC地址是自己的MAC地址，就接收此报文。处理完成之后，将响应报文通过自己的lo接口传送给eth0网卡然后向外发出。此时的源IP地址为VIP，目标IP为CIP. 注意: 如果没有给RS设置外网IP,RS将ARP广播查找CIP,内网没有就提交给网关,网关直接外网发送出去,会有可能提高网关压力6.响应报文最终送达至客户端2.直接路由（LVS-DR）

1.当用户请求到达Director Server，此时请求的数据报文会先到内核空间的PREROUTING链。此时报文的源IP为CIP，目标IP为VIP 。2.PREROUTING检查发现数据包的目标IP是本机，将数据包送至INPUT链3.IPVS比对数据包请求的服务是否为集群服务，若是，在请求报文的首部再次封装一层IP报文，封装源IP为为DIP，目标IP为RIP。然后发至POSTROUTING链。此时源IP为DIP，目标IP为RIP ④、POSTROUTING链根据最新封装的IP报文，将数据包发至RS（因为在外层封装多了一层IP首部，所以可以理解为此时通过隧道传输）。此时源IP为DIP，目标IP为RIP4.RS接收到报文后发现是自己的IP地址，就将报文接收下来，拆除掉最外层的IP后，会发现里面还有一层IP首部，而且目标是自己的lo接口VIP，那么此时RS开始处理此请求，处理完成之后，通过lo接口送给eth0网卡，然后向外传递。此时的源IP地址为VIP，目标IP为CIP5.响应报文最终送达至客户端特点: 多了一个Mac地址，作用是让真实服务器可以找到客户端，直接发送响应报文，并且整个过程的客户端IP（CIP）和负载均衡器的IP都没有改变，只是Mac地址变了，目的是让客户端知道，你发送请求的报文，和响应你报文的是一个人。

3.IP隧道（LVS-TUN）

ipvsadm命令选项 ipvsadm -A 创建虚拟服务器 ipvsadm -E 修改虚拟服务器 ipvsadm -D 删除虚拟服务器 ipvsadm -t 设置集群地址(VIP,Virtual IP) ipvsadm -s 指定集群算法 ----> rr(轮询)、wrr(加权轮询)、lc(最少连接)、wlc(加权最少连接)、sh(ip_hash) ipvsadm -a 添加真实服务器 ipvsadm -e 修改真实服务器 ipvsadm -d 删除真实服务器 ipvsadm -r 指定真实服务器的地址 ipvsadm -w 为节点服务器设置权重,默认为1 ipvsadm -C 清空所有 ipvsadm -L 查看LVS规则表 ---> 一般跟n一起用,以数字形式输出(-Ln) ipvsadm -m 使用NAT模式 ipvsadm -g 使用DR模式 ipvsadm -i 使用TUN模式LVS-NAT模式实战NAT模式特性

RS应该使用私有地址，RS的网关必须指向DIP（调度器IP）DIP和RIP必须在同一个网段内,请求和响应报文都需要经过Director Server，高负载场景中，Director Server易成为性能瓶颈支持端口映射RS可以使用任意操作系统缺陷：对Director Server压力会比较大，请求和响应都需经过director server环境介绍

客户端：192.168.4.132 （4网段充当外网）

负载均衡服务器: ens37：192.168.4.133 （4网段充当外网） ens33：192.168.2.130（test3）

后端服务器1：192.168.2.128（localhost）网关：192.168.2.130

后端服务器2：192.168.2.129（test2）网关：192.168.2.130

内核版本：3.10.0-862.el7.x86_64

系统版本：CentOS 7.5

注意：

1.两台后端服务器必须配置网关地址，且网关地址都要指定为调度服务器的内网地址。（即：192.168.2.130）

2.LVS无论NAT及DR模式，均要求LVS server（调度器）和Real server在同一个网段内，NAT需要把LVS server（调度器）当作各个Real server的默认网关，

一、基础环境配置

1.两台后端服务器128/129分别安装Nginx

# wget http://nginx.org/download/nginx-1.16.1.tar.gz# yum -y install gcc pcre-devel openssl-devel# useradd -s /sbin/nologin nginx //创建禁止登陆解释器的用户(为了安全)# id nginxuid=1001(nginx) gid=1001(nginx) 组=1001(nginx)# tar -xf nginx-1.16.1.tar.gz# cd nginx-1.16.1# ./configure --prefix=/usr/local/nginx --user=nginx --group=nginx --with-http_ssl_module --prefix=/usr/local/nginx //指定安装路径 --user=nginx //指定用户 --group=nginx //指定组 --with-http_ssl_module //安装ssl模块，开启其中的SSL加密功能(需要什么模块就安装什么模块) ...... ...... nginx modules path: "/usr/local/nginx/modules" nginx configuration prefix: "/usr/local/nginx/conf" nginx configuration file: "/usr/local/nginx/conf/nginx.conf" nginx pid file: "/usr/local/nginx/logs/nginx.pid" nginx error log file: "/usr/local/nginx/logs/error.log" nginx http access log file: "/usr/local/nginx/logs/access.log" nginx http client request body temporary files: "client_body_temp" nginx http proxy temporary files: "proxy_temp" nginx http fastcgi temporary files: "fastcgi_temp" nginx http uwsgi temporary files: "uwsgi_temp" nginx http scgi temporary files: "scgi_temp"# make && make install //编译并且安装...... '/usr/local/nginx/conf/scgi_params.default'test -f '/usr/local/nginx/conf/nginx.conf' \ || cp conf/nginx.conf '/usr/local/nginx/conf/nginx.conf'cp conf/nginx.conf '/usr/local/nginx/conf/nginx.conf.default'test -d '/usr/local/nginx/logs' \ || mkdir -p '/usr/local/nginx/logs'test -d '/usr/local/nginx/logs' \ || mkdir -p '/usr/local/nginx/logs'test -d '/usr/local/nginx/html' \ || cp -R html '/usr/local/nginx'test -d '/usr/local/nginx/logs' \ || mkdir -p '/usr/local/nginx/logs'make<1>: 离开目录“/root/nginx-1.16.1”# /usr/local/nginx/sbin/nginx -Vnginx version: nginx/1.16.1built by gcc 4.8.5 20150623 (Red Hat 4.8.5-39) (GCC)built with OpenSSL 1.0.2k-fips 26 Jan 2017TLS SNI support enabledconfigure arguments: --prefix=/usr/local/nginx --user=nginx --group=nginx --with-http_ssl_module# /usr/local/nginx/sbin/nginx -Vnginx version: nginx/1.16.1built by gcc 4.8.5 20150623 (Red Hat 4.8.5-39) (GCC)built with OpenSSL 1.0.2k-fips 26 Jan 2017TLS SNI support enabledconfigure arguments: --prefix=/usr/local/nginx --user=nginx --group=nginx --with-http_ssl_module2.创建测试页面

# echo "I am 192.168.2.128" > /usr/local/nginx/html/index.html# echo "I am 192.168.2.129" > /usr/local/nginx/html/index.html3.启动Nginx

# /usr/local/nginx/sbin/nginx # netstat -antulp | grep :80tcp 0 0 0.0.0.0:80 0.0.0.0:* LISTEN 6079/nginx: master或者# netstat -antulp | grep nginxtcp 0 0 0.0.0.0:80 0.0.0.0:* LISTEN 6079/nginx: master3.关闭防火墙与selinux

两台后端服务器都需要操作。

# systmctl stop firewalld# setenforce 0# getenforceDisabled# vim /etc/sysconfig/selinux //永久关闭selinuxSELINUX=disabled二、部署LVS-NAT模式调度器

1.确认调度器的路由转发功能是否开启（必须开启）

# cat /proc/sys/net/ipv4/ip_forward1若没有开启，则：# echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward# echo "net.ipv4.ip_forward = 1" >> /etc/sysctl.conf ////修改配置文件，设置路由转发永久规则2.调度器再添加一张网卡

# ifconfigens33: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu 1500 inet 192.168.2.130 netmask 255.255.255.0 broadcast 192.168.2.255 inet6 fe80::1e8a:7d4a:beb0:fd6c prefixlen 64 scopeid 0x20<link> inet6 fe80::2c27:a02c:731a:2219 prefixlen 64 scopeid 0x20<link> ether 00:0c:29:53:71:a2 txqueuelen 1000 (Ethernet) RX packets 66416 bytes 15223172 (14.5 MiB) RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0 TX packets 13996 bytes 1256226 (1.1 MiB) TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0ens37: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu 1500 inet 192.168.4.133 netmask 255.255.255.0 broadcast 192.168.4.255 inet6 fe80::7e5e:fea8:ba8e:ee18 prefixlen 64 scopeid 0x20<link> ether 00:0c:29:53:71:ac txqueuelen 1000 (Ethernet) RX packets 5018 bytes 385651 (376.6 KiB) RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0 TX packets 2524 bytes 269779 (263.4 KiB) TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0lo: flags=73<UP,LOOPBACK,RUNNING> mtu 65536 inet 127.0.0.1 netmask 255.0.0.0 inet6 ::1 prefixlen 128 scopeid 0x10<host> loop txqueuelen 1000 (Local Loopback) RX packets 48 bytes 3781 (3.6 KiB) RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0 TX packets 48 bytes 3781 (3.6 KiB) TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 03.两台后端服务器配置网关地址

# cat /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens37TYPE=EthernetPROXY_METHOD=noneBROWSER_ONLY=noBOOTPROTO="static"DEFROUTE=yesIPV4_FAILURE_FATAL=noIPV6INIT=yesIPV6_AUTOCONF=yesIPV6_DEFROUTE=yesIPV6_FAILURE_FATAL=noIPV6_ADDR_GEN_MODE=stable-privacyNAME=ens37UUID=2d899e46-1b9d-40d5-9fed-8a88cb181d79DEVICE=ens37ONBOOT=yesIPADDR="192.168.2.128"PREFIX="24"GATEWAY="192.168.2.130" //网关地址配置为调度器的内网地址DNS1="8.8.8.8"# cat /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33TYPE=EthernetPROXY_METHOD=noneBROWSER_ONLY=noBOOTPROTO="static"DEFROUTE=yesIPV4_FAILURE_FATAL=noIPV6INIT=yesIPV6_AUTOCONF=yesIPV6_DEFROUTE=yesIPV6_FAILURE_FATAL=noIPV6_ADDR_GEN_MODE=stable-privacyNAME=ens33UUID=2d899e46-1b9d-40d5-9fed-8a88cb181d65DEVICE=ens33ONBOOT=yesIPADDR="192.168.2.129"PREFIX="24"GATEWAY="192.168.2.130" //网关地址配置为调度器的内网地址DNS1="8.8.8.8"# systemctl restart network# systemctl restart network以下步骤在调度器上操作
||

4.创建集群调度服务器

# yum -y install ipvsadm# ipvsadm -A -t 192.168.4.133:80 -s wrr ////创建虚拟集群服务器并设置调度算法为加权轮询wrr5.添加真实服务器组

# ipvsadm -a -t 192.168.4.133:80 -r 192.168.2.128 -w 1 -m# ipvsadm -a -t 192.168.4.133:80 -r 192.168.2.129 -w 2 -m4.查看规则列表，并保存规则

# ipvsadm -LnIP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags -> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConnTCP 192.168.4.133:80 wrr -> 192.168.2.128:80 Masq 1 0 0 -> 192.168.2.129:80 Masq 2 0 0# ipvsadm-save -n > /etc/sysconfig/ipvsadm-config三、客户端上测试