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一、什么是群集
1.群集的定义
也被称为集群，cluster，由多台主机构成，但对外只是一个整体
它的产生是由于互联网应用中，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，单台服务器力不从心，需要堕胎服务器分担压力，而多台服务器就构成一个群集。
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、企业群集的分类
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
2.1 负载均衡群集
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的负载分配依赖与主节点的分流算法
- 例如：DNS轮询、反向代理等
2.2 高可用群集
高可用群集（High Availability Cluster）
- 提高应用系统的可靠性、尽可能的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
- 例如：故障切换、双机热备等
2.3 高性能集群
高性能运算集群（High Performance Computer Cluster）
- 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：与计算、网格计算等
这三种类型中，负载均衡和高可用集群通常结合使用
三、详述负载均衡群集架构
3.1 负载均衡的结构
- 第一层，负载调度器（Load Balance或Director）
- 第二层，服务器池（Server Pool）
- 第三层，共享存储（Share Storage）
3.2 负载均衡集群工作模式分析
- 负载均衡集群是目前企业用的最多的群集类型
- 群集的负载调度技术有三种工作模式，模式如下
（1）NAT---------模式转换
- 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，通过专用的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
4.1 Linux Virtual Server
- 针对Linux内核开发的负载均衡解决方案
- 1998年5月，由我国章文嵩博士创建
- 官方网址： http://www.linuxvirtualserver.org/
- LVS的实际上相当于基于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，并查看当前系统中的ip_vs模块的版本信息。
#加载ip_va模块
modprobe ip_vs
#确认内核对LVS的支持
cat /proc/net/ip_vs
- 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
| 选线 | 功能 |
|---|---|
| -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 |
| -a | 表示添加真实服务器 |
| -d | 删除一个节点 |
| -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，长于“-l”选项组合使用。ipvsadm -ln |
4.2 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
5.1 案例环境
一台调度服务器：双网卡
ens33网卡：192.168.17.10 （内网，VMnet1模式）,与web服务器处于同一网段
ens37网卡：192.168.235.10 （外网nat模式），即虚拟服务器地址，客户端访问地址
两台web服务器：单网卡VMnet1
web1：192.168.17.20
web2：192.168.17.30
网关：192.168.17.2
一台NFS共享服务器：单网卡，VMnet1
IP：192.168.17.40
5.2 部署过程
1.部署共享存储
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 #在/opt目录下创建两个共享目录，并赋权，使所有用户可读写执行
mkdir /opt/test2
chmod 777 /opt/test1
chmod 777 /opt/test2
vim /etc/exports
/opt/test1 192.168.17.0/24(rw,sync)
/opt/test2 192.168.17.0/24(rw,sync)
exportfs -rv #发布共享
2.配置节点服务器
两台都需安装服务
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0
yum install httpd -y
systemctl start httpd.service
systemctl enable httpd.service #提供网页支持
yum -y install nfs-utils rpcbind # 安装nfs
systemctl start rpcbind
systemctl enable rpcbind
showmount -e 192.168.17.10
web节点服务器1：192.168.17.20
mount.nfs 192.168.17.10:/opt/test1 /var/www/html
echo 'this is test1 web!' > /var/www/html/index.html
cat /var/www/html/index.html
this is test1 web!
web节点服务器2：192.168.17.30
mount.nfs 192.168.17.10:/opt/test2 /var/www/html
echo 'this is test2 web!' > /var/www/html/index.html
cat /var/www/html/index.html
this is test1 web!
3.部署负载服务器
（1）配置SNAT转发规则
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 192.168.163.0/24 -o ens37 -j SNAT --to-source 12.0.0.1
iptables -t nat -L #查看添加规则
SNAT all -- 192.168.17.0/24 anywhere to:192.168.235.10
(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/ipvsadm
systemctl 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 -C
ipvsadm -A -t 12.0.0.1:80 -s rr
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.163.12:80 -m
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.163.13:80 -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