集群是什么
集群的含义
- Cluster，集群、群集
- 多台主机构成，但对外表现成一个整体，只提供一个访问入口（域名和IP），一群变成一个主机，打比方，一个问题多个人一起帮忙解决
为什么要有集群
随着站点对硬件性能、响应速度、服务稳定性、数据可靠性等各种要求变高，单台服务器无法满足负载均衡及高可用的要求了，所以需要集群。
一般解决办法就两种，但是大部分都是使用集群
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集群
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）。
企业集群分类
根据集群所针对的目标差异，分为三种类型：
- 负载均衡集群
- 高可用集群
- 高性能运算集群
负载均衡集群
负载均衡集群（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、高负债（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。
高可用集群
高可用集群（High Availability Cluster）：（一般公司要求全年开机99.9%的时间都在开机）
- 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，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
高性能运算集群
高性能运算集群（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、超级计算机才具备的计算能力。例如，“云计算”“网格计算”等
云计算
是一种分布式计算
在这之前有一种分布式资源管理框架 mesos marathon（推特公司一开始用的框架，后面放弃，开始使用k8s）
详述负载均衡群集架构
- 第一层，负载调度器（load balance或者director）
访问整个集群系统的唯一入口，对外使用所有服务器共有的VIP地址，也称为集群IP地址。通常会配置主、备调度器实现热备份，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）
集群所提供的应用服务、由服务器承担，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）
为服务器池汇中的所有节点提供稳点、一致的文件存取服务，确保整个集群的统一性。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。
比如说你访问网易的页面，但是不可能你在不同位置访问同一个服务器，所以就利用ss存储，将不同的服务器同步数据后，你访问的不同的服务器，但是内容是相同的。
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集群类型
集群的负载调度技术有三种
- 地址转换（NAT）
- IP隧道
- 直接路由（DR）
NAT模式
地址转换
-
Network Address Translation简称NAT
-
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
#调度器承载两方压力，大并发访问时，又要接收和转发，调度器的性能是瓶颈。
TUN模式
IP隧道
- IP tunnel，简称TUN
- 采用开放式的网络结构，负载均衡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
#暴露在公网，容易被扫到，安全性低，需要封装，性能会低下
DR模式
直接路由
- Direct Routing，简称DR
- 采用半开放式的网络结构，与TUN模式结构相似，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IP隧道
#最优选择，调度器接收客户请求，传给服务器，服务器直接传给用户，调度服务器压力变小，，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
关于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，由我国章文嵩博士创建
- 官方网址： 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_bs模块，必要时能够自动调用，在centos 7 系统，以下操作可以手动加载ip_vs模块，并查看当前系统的ip_vs模块版本信息。
[root@localhost ~]# modprobe ip_vs
[root@localhost ~]# 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
#文件路径（藏得很深）
[root@localhost ~]# cd /usr/lib/modules/3.10.0-693.el7.x86_64/kernel/net/netfilter/ipvs/
[root@localhost ipvs]# ls
ip_vs_dh.ko.xz ip_vs_lblcr.ko.xz ip_vs_rr.ko.xz ip_vs_wrr.ko.xz
ip_vs_ftp.ko.xz ip_vs_lc.ko.xz ip_vs_sed.ko.xz
ip_vs.ko.xz ip_vs_nq.ko.xz ip_vs_sh.ko.xz
ip_vs_lblc.ko.xz ip_vs_pe_sip.ko.xz ip_vs_wlc.ko.xz
[root@localhost ipvs]# for i in $(ls | grep -o "^[^.]*")
> do
> echo $i
> modprobe $i^C
复制代码- 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 |
LVS的负载调度算法
- 轮询（round robin）
-
- 将收到的访问按照顺序轮流分配给集群中的各节点（真实服务器），均等的对待每一台服务器，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 connection）
-
- 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 connection）
-
- 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利的活动连接负载
- 源地址哈希值（source hash）
LVS负载均衡NAT模式群集部署
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：12.0.0.1 （外网,VMnet1模式），即虚拟服务器地址，客户端访问地址
复制代码两台web服务器：单网卡VMnet1
web1：192.168.17.20
web2：192.168.17.30
网关：192.168.17.2
复制代码一台NFS共享服务器：单网卡，VMnet1
IP：192.168.17.40
复制代码部署过程
- 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
复制代码- 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 192.168.17.40
复制代码web节点服务器1：192.168.17.20
mount.nfs 192.168.17.40:/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!
复制代码web节点服务器2：192.168.17.30
mount.nfs 192.168.17.40:/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!
复制代码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 192.168.17.0/24 -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
复制代码(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
复制代码（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
复制代码（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 192.168.17.20:80 -m
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.17.30:80 -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
复制代码4.测试效果