负载均衡：通过分流算法，把高并发高负载的访问请求，分流给后端的多个服务器节点，以减少时延并提高服务器的响应效率
一、企业群集应用概述
（一）、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IP地址），相当于一台大型计算机。
（二）、问题
- 互联网应用中，随着站点对硬件性能、相应速度、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。
（三）、解决方法
- 使用价格昂贵的小型机、大型机
- 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来达到服务器的高可用和负载均衡，并以同一个IP地址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）
二、企业群集分类
（一）、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
（二）、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
（三）、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
（四）、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
（一）、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（也就是个虚拟IP），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内。
●第三层，共享存储（Share Storage）
为服务池中的所有结点提供稳定、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
●负载均衡群集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
① 地址转换 （NAT）
② IP隧道
③ 直接路由
（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
五、LVS虚拟服务器
■ 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.org/
-
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
■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。
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个节点（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
六、LVS群集创建与管理
（一）、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
（二）、ipvsadm工具选项说明
-A 添加虚拟服务器 ##虚拟服务器就是调度器
-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
（三）、案例：LVS—NAT 部署实战
环境：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。
--------------NAT模式 LVS负载均衡群集部署--------------
LVS负载调度器（centos7-5）：ens33：192.168.182.11 ens36：12.0.0.1
Web 节点服务器1（centos7-6）：192.168.182.22
Web 节点服务器2（centos7-7）：192.168.182.33
NFS服务器（centos7-8）：192.168.182.44
客户端（Window10）：12.0.0.12
1、部署共享存储（NFS服务器：192.168.182.44）
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0
yum install -y nfs-utils rpcbind
systemctl start nfs.service
systemctl start rpcbind.service
systemctl enable nfs.service
systemctl enable rpcbind.service
mkdir /opt/panrj /opt/benet
chmod 777 /opt/panrj/ /opt/benet/
vim /etc/exports
/usr/share/ *(ro,sync)
/opt/panrj 192.168.182.0/24(rw,sync)
/opt/benet 192.168.182.0/24(rw,sync)
exportfs -rv
showmount -e
注意：此处（）与 /24 之间不能有空格，否则后面编辑共享目录时会出现问题。
)
2、配置节点服务器（节点服务器数量≥2）
此处两台节点服务器IP为：192.168.182.33
192.168.182.22
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0
yum install -y httpd
systemctl start httpd.service
systemctl enable httpd.service
yum install -y nfs-utils rpcbind
systemctl start rpcbind.service
systemctl enable rpcbind.service
showmount -e 192.168.182.44 ##查看服务器共享的目录 ip要填服务器IP 也就是上面的NFS服务器
-------------CentoS7-2：192.168.182.22-------------
mount.nfs 192.168.182.44:/opt/panrj /var/www/html/
echo 'this is panrj' > /var/www/html/index.html
vim /etc/fstab ##设置自动挂载
192.168.182.44:/opt/panrj /var/www/html nfs defaults,_netdev 0 0
mount -a
-------------centos7-3：192.168.182.33---------------------
mount.nfs 192.168.182.44:/opt/benet /var/www/html/
echo 'this is benet' > /var/www/html/index.html
vim /etc/fstab
192.168.200.80:/opt/benet /var/www/html nfs defaults,_netdev 0 0
mount -a
3、配置负载调度器（ens33：192.168.182.11 ens36:12.0.0.1.)
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0
ifconfig ens36 12.0.0.1
------（1）、配置SNAT转发规则-------
vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward=1
sysctl -p
iptables -t nat -F
iptables -F
iptables -t nat -nL
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.182.0/24 -o ens36 -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 install -y ipvsadm
#注意：启动服务前必须保存负载分配策略，否则将会报错
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
或者
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 192.168.182.22:80 -m -w 1
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.182.33:80 -m -w 1
ipvsadm #启动策略
ipvsadm -ln #查看节点状态，Masq代表 NAT模式
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm #保存策略
-----------------------------------------------------------
ipvsadm -d -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.200.22:80 -m -w 1 #删除群集中某一节点服务器
ipvsadm -D -t 12.0.0.1:80 #删除整个虚拟服务器
systemctl stop ipvsadm #停止服务（清除策略）
systemctl start ipvsadm #启动服务（重建规则）
ipvsadm-restore > /etc/sysconfig/ipvsadm #恢复LVS策略
------------------------------------------------------------
4、测试效果
在一台IP为12.0.0.12 的客户机上使用浏览器访问 http://12.0.0.1/，不断刷新浏览器测试负载均衡效果，刷新间隔需要长点。
