群集应用概述
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
在互联网应用中，随着站点对硬件性能、影响速度、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
解决方法
- 使用价格昂贵的小型机、大型机
- 使用普通服务器构建服务群集
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
负载均衡群集（Load Balance Cluster）
- 以提高应用系统的影响能力、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
高可用群集（High Availability Cluster）
- 以提高应用系统的可靠性、尽可能地减少终端时间为目标，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方式
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
- 高性能运算群集的高性能依赖于“分布式运算”、“并行运算”，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
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模型
群集的负载调度技术有三种工作模式
- 地址转换
- IP隧道
- 直接路由
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的服务器节点的网关，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
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
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
负载均衡群集结构
负载均衡的结构
关于LVS虚拟服务器
Linux Virtual Server
- 针对Linux内核的负载均衡方案
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）
根据真实服务器的处理能力轮流分配收到的访问请求，调度器可以自动查询各节点的负载情况，并动态调整其权重
保证处理能力强的服务器承担更多的访问流量
LVS的负载调度算法
- 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的情况下，可以为真实服务器自动调整权重
权重较高的节点将承担更大比例的活动连接负载
使用ipvsadm工具
LVS集群创建与管理
- 创建虚拟服务器
- 添加、删除服务器节点
- 查看群集及节点情况
- 保存负载分配策略
案例：LVS-NAT部署实战
1、实验环境
- 实验拓扑图
- IP地址
| 主机名 | IP地址 |
|---|---|
| 客户机 | 12.0.0.12/24 |
| LVS调度器 | ens33:12.0.0.1/24;ens36:192.168.100.1/24 |
| Web1 | 192.168.100.110/24 |
| Web2 | 192.168.100.111/24 |
| NFS共享 | 192.168.100.120/24 |
2、建立NFS共享储存
（1）添加两块新的磁盘，并且分别挂载到/opt/aaa、/opt/bbb/
（2）设置共享目录，插入共享的对方主机的网段和权限
[root@nfs ~]# vim /etc/exports
/opt/aaa 192.168.100.0/24(rw,sync,no_root_squash)
/opt/bbb 192.168.100.0/24(rw,sync,no_root_squash)
（3）启动NFS服务程序，使用showmount -e 命令查看
[root@nfs ~]# systemctl restart rpcbind
[root@nfs ~]# systemctl restart nfs
[root@nfs ~]# showmount -e
Export list for nfs:
/opt/bbb 192.168.100.0/24
/opt/aaa 192.168.100.0/24
3、建立测试网站、网页（为了方便后面的调度测试，web1与web2创建不同的网页内容）
- 安装Apache服务
[root@web1 ~]# yum install httpd -y
- 挂载共享目录
[root@web1 ~]# showmount -e 192.168.100.120
Export list for 192.168.100.120:
/opt/bbb 192.168.100.0/24
/opt/aaa 192.168.100.0/24
[root@web1 ~]# vim /etc/fstab
192.168.100.120:/opt/aaa /var/www/html nfs defaults,_netdev 0 0
root@web1 ~j # mount - a
root@web1 ~j # df -h
···省略部分内容
192.168.100.120:/opt/aaa 20G 32M 20G 1% /var/www/html
- 创建网页内容，启动服务
[root@web1 ~]# vim /var/www/html/index.html
<h1>this is aaa test web</h1>
[root@web1 ~]# systemctl start httpd
- web2与web1创建方法一样
4、LVS调度器配置
（1）安装ipvsadm工具，加载ip_vs模块
[root@lvs ~]# yum install ipvsadm -y
[root@lvs ~]# modprobe ip_vs
[root@lvs ~]# cat /proc/net/ip_vs
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
（2）保存配置，开启服务
[root@lvs ~]# ipvsadm --save > /etc/sysconfig/ipvsadm
[root@lvs ~]# systemctl start ipvsadm.service
（3）开启路由转发功能，配置NAT地址转换
[root@lvs ~]# vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward=1
[root@lvs ~]# sysctl -p
net.ipv4.ip_forward=1
[root@lvs ~]# iptables -F
[root@lvs ~]# iptables -t nat -F
[root@lvs ~]# iptables -t nat -A POSTROUTING -o ens36 -s 192.168.100.0/24 -j SNAT --to-source 12.0.0.1
（4）新建LVS虚拟服务器并添加节点服务器
[root@lvs ~]# vim nat.sh
#!/bin/bash
ipvsadm -C //清除内核虚拟服务器表中的所有记录
ipvsadm -A -t 12.0.0.1:80 -s rr
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.100.110:80 -m
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.100.111:80 -m
ipvsadm
[root@lvs ~]# chmod +x nat.sh
[root@lvs ~]# ./nat.sh
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP lvs:http rr
-> 192.168.100.110:http Masq 1 0 0
-> 192.168.100.111:http Masq 1 0 0
5、网页测试
