一、企业群集应用概述

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

1.1 群集的三种类型

负载均衡群集、高可用群集和高性能运算群集。

1 负载均衡群集

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

2 高可用群集

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

3 高性能运算群集

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

1.2 负载均衡结构

第一层，负载调度器（Load Balancer或Director）
第二层，服务器池（Server Pool）
第三层，共享存储（Share Storage）

1.3 负载均衡群集工作模式

负载均衡群集是目前企业用得最多的群集类型
群集的负载调度技术有三种工作模式
（NAT）地址转换
（TUN）IP隧道
（DR）直接路由

(1) 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。

(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

1.4 关于LVS虚拟服务器

Linux Virtual Server 是针对 Linux 内核开发的一个负载均衡项目，由我国的章文嵩 博士在 1998 年 5 月创建，官方站点位于 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。

1.4.1 LVS 的负载调度算法

针对不同的网络服务和配置需要，LVS 调度器提供多种不同的负载调度算法，其中最常用的四种算法是轮询、加权轮询、最少连接和加权最少连接。

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，均 等地对待每台服务器，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并且分配的请求越多，这样可以保证性能高的节点承担更 多请求。
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。如果所有的服务器节点性能相近，采 用这种方式可以更好地均衡负载。
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，调度器可以根据节点服务器负载自动调整权重，权重较高的节点将承担更 大比例的活动连接负载。

1.4.2 使用 ipvsadm 管理工具

ipvsadm 是在负载调度器上使用的 LVS 群集管理工具，通过调用 ip_vs 模块来添加、删 除 服 务器 节 点 ，以 及 查 看 群集 的 运 行状 态 。 在 CentOS 7 系 统 中 ， 需 要 手动 安装 ipvsadm.x86_64 0:1.27-7.el7 软件包。

[root@localhost ~]# yum -y install ipvsadm
[root@localhost ~]# ipvsadm -v
ipvsadm v1.27 2008/5/15 (compiled with popt and IPVS v1.2.1)

LVS 群集的管理工作主要包括创建虚拟服务器、添加服务器节点、查看群集节点状态、 删除服务器节点和保存负载分配策略。

ipvsadm 工具选项说明：
选项 解释
-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

二、NAT模式 LVS负载均衡群集部署

2.1 NAT模式 LVS负载均衡群集部署操作步骤（理论）

实验环境准备：
负载调度器：内网关 ens33：192.168.153.40，外网关 ens37：12.0.0.1
Web节点服务器1：192.168.153.60
Web节点服务器2：192.168.153.50
NFS服务器：192.168.153.70
客户端：12.0.0.12

1.部署共享存储（NFS服务器：192.168.153.70）

systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0

yum install nfs-utils rpcbind -y
systemctl start rpcbind.service
systemctl start nfs.service

systemctl enable rpcbind.service
systemctl enable nfs.service

mkdir /opt/accp/ /opt/benet/
chmod 777 /opt/kgc /opt/benet
echo ‘this is accp web!’ > /opt/kgc/index.html
echo ‘this is benet web!’ > /opt/benet/index.html

vim /etc/exports

/opt/accp 192.168.153.0/24(rw,sync)
/opt/benet 192.168.153.0/24(rw,sync)

–发布共享—
exportfs -rv

2.配置节点服务器（192.168.80.10、192.168.80.20）

ens33网关需要设置为网关服务器

systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0

yum install httpd -y
systemctl start httpd.service
systemctl enable httpd.service

yum install nfs-utils rpcbind -y
showmount -e 192.168.80.30

systemctl start rpcbind.service
systemctl start nfs.service
systemctl enable rpcbind.service
systemctl enable nfs.service

–192.168.80.10—
mount.nfs 192.168.80.30:/opt/kgc /var/www/html

vim /etc/fstab
192.168.80.30:/opt/kgc /myshare nfs defaults,_netdev 0 0

另一台节点服务器挂载如下：
–192.168.80.20—
mount.nfs 192.168.153.70:/opt/benet /var/www/html

vim /etc/fstab
192.168.80.30:/opt/benet /myshare nfs defaults,_netdev 0 0

3.配置负载调度器（内网关 ens33：192.168.80.1，外网关 ens36：12.0.0.1）

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 #添加ip路由转发

或 echo ‘1’ > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
sysctl -p

iptables -t nat -F
iptables -F
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.153.0/24 -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

##加载全部模块
for i in (ls/usr/lib/modules/(ls /usr/lib/modules/(ls/usr/lib/modules/(uname -r)/kernel/net/netfilter/ipvs|grep -o “^[.]*”);do echo $i; /sbin/modinfo -F
filename $i >/dev/null 2>&1 && /sbin/modprobe $i;done

（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 192.168.153.50:80 -m [-w 1] #添加真实ip
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.153.60:80 -m [-w 1] #添加真实ip
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

ipvsadm -d -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.80.10:80 -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

网络设置里面网关需要设置为网关服务器
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。

2.2 NAT模式 LVS负载均衡群集部署实验具体步骤（实操）

第一步：环境搭建

1）网关服务器网卡配置（在虚拟机设置里面添加新网卡），内外网网关ip如下：

2）web节点服务器1的IP和网关如下：

3）web节点服务器2的IP和网关如下：

4）客户端IP和网关设置如下：

5）关闭所有设备的防火墙和SElinux

第二步：部署共享服务器（NFS服务器：192.168.153.70）

1）安装相关软件并设置开机自启

2）创建accp和benet目录，分别创建index.html并写入内容

3）添加要发布的目录

4）发布共享

第三步：配置节点服务器（192.168.153.50、192.168.153.60）

1）节点服务器1和2安装httpd服务并开启

2）节点服务器1和2安装nfs-utils和rpcbind程序

3）节点服务器1扫描并挂载共享目录

4）节点服务器2扫描并挂载共享目录

第四步：配置负载调度器（内网关 ens33：192.168.153.40，外网关 ens36：12.0.0.1）

1）配置SNAT转发规则

2）情况iptables规则并添加新规则

3）加载LVS内核模块并查看

4）安装ipvsadm管理工具

5）保存负载分配策略并启动服务

6）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）

7）查看节点策略并保存

第五步：浏览器中进行测试（不断刷新浏览器测试负载均衡效果，刷新间隔需长点）

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