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一、群集的含义
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IP），相当于一台大型计算机。
1、群集存在的必要
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。
2、解决方法
1、使用价格昂贵的小型机、大型机。
2、使用多台相对廉价的普通服务器构建服务群集。
通过整合多台服务器，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。
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、群集可分为三种
根据集群针对的目标差异，可分为三种
1、负载均衡群集
2、高可用群集
3、高性能群集
1、负载均衡群集(Load Balance Cluster)
1、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。
2、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。
2、高可用群集 (High Availability Cluster)
1、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。
2、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。
3、高性能运算群集(High Performance Computer Cluster)
1、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。
2、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。
三、负载均衡群集架构
负载均衡的结构
第一层，负载调度器(Load Balancer或Director)
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)
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。
四、负载均衡群集工作模式分析
1、负载均衡群集是目前企业用得最多的群集类型
2、群集的负载调度技术有3种工作模式
●地址转换（NAT模式）
●IP隧道 （TUN模式）
●直接路由（DR模式）
五、三种负载调度工作模式
（一）、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
（二）、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
（三）、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
六、LVS虚拟服务器
1、Linux Virtual Server
● 针对Linux内核开发的负载均衡解决方案
● 1998年5月，由我国的章文嵩博士创建
● 官方网站: http://www.linuxvirtualserver.orgl
● 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了一种高效的解决方法
2、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ip_ vs模块的版本信息。
modprobe ip_vs
cat /proc/net/ip_vs #确认内核对LVS的支持
七、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
八、ipvsadm工具
| ipvsadm功能与选项说明 | |
|---|---|
| 选项 | 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（轮询：rr、加权轮询：wrr、最少连接：lc、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 |
九、NAT模式LVS负载均衡群集部署
LVS调度器作为Web 服务器池的网关，LVS具有两块网卡，分别连接内外网，使用轮询（rr）调度算法
环境配置
| 主机 | 操作系统 | IP地址 | 工具/软件/安装包 |
|---|---|---|---|
| 负载均衡器 | CentOS7 | 内网：192.168.184.10、外网：12.0.0.1 | ipvsadm |
| NFS服务器 | CentOS7 | 192.168.184.20 | rpcbind、nfs-utils |
| Web节点服务器1 | CentOS7 | 192.168.184.30 | rpcbind、nfs-utils、httpd |
| Web节点服务器2 | CentOS7 | 192.168.184.40 | rpcbind、nfs-utils、httpd |
| 客户端 | Windows10 | 12.0.0.12 | —————— |
1、部署共享存储（NFS服务器：192.168.184.20）
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/lic
mkdir /opt/kiki
chmod 777 /opt/lic
chmod 777 /opt/kiki
vim /etc/exports
/usr/share *(ro,sync)
/opt/lic 192.168.184.0/24(rw,sync)
/opt/kiki 192.168.184.0/24(rw,sync)
exportfs -rv
2、配置节点服务器（192.168.184.30、192.168.184.40）
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
showmount -e 192.168.184.20
systemctl start rpcbind
systemctl enable rpcbind
Web-1（192.168.184.30）
mount.nfs 192.168.184.20:/opt/lic /var/www/html
echo 'this is lic web!' > /var/www/html/index.html
Web-2（192.168.184.40）
mount.nfs 192.168.184.20:/opt/kiki /var/www/html
echo 'this is kiki web!' > /var/www/html/index.html
3、配置负载调度器（内网关 ens33：192.168.184.10，外网关 ens37：12.0.0.1）
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0
（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 192.168.184.0/24 -o ens37 -j SNAT --to-source 12.0.0.1
（2）加载LVS内核模块
modprobe ip_vs #加载 ip_vs模块
cat /proc/net/ip_vs #查看 ip_vs版本信息
（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）
ipvsadm -C #清除原有策略
ipvsadm -A -t 12.0.0.1:80 -s rr
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.184.30:80 -m
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.184.40:80 -m
ipvsadm #启用策略
ipvsadm -ln #查看节点状态，Masq代表 NAT模式
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm #保存策略
4、测试效果
在一台IP为12.0.0.12的客户机使用浏览器访问 http://12.0.0.1/ ，不断刷新浏览器测试负载均衡效果，刷新间隔需长点。
部署完成