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，只提供一个访问入口，（域名或ip地址），相当于一台大型的计算机。

目前互联网应用中，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，单台服务器已经无法满足负载均衡及高可用的要求。通常有以下两个解决方法：

纵向扩展：扩展CPU、内存、使用价格昂贵的小型机、大型机
横向扩展：使用多台相对廉价的普通服务器构建服务群集
但是纵向扩展总有上限，插槽的数量有限，所以我们更多的采用横向扩展，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（通常成为浮动IP，简称VIP）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）（由国人研究出来）

企业群集分类

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

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

高可用群集

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

高性能运算群集

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”“网络计算”等

负载均衡的结构

第一层，负载调度器

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

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

为服务器池中的所以节点提供稳定，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

负载均衡群集工作模式

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

NAT模式（地址转换）

ip隧道

直接路由

NAT模式（地址转换）

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

TUN模式（ip隧道）

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，而不在经过负载调度器

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，通过专用的ip隧道与负载调度器相互通信

DR模式（直接路由）

采用半开放式的网络结构，与TUN模式的结构累死，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

LVS虚拟服务器

LVS概述

Linux Virtual Server是针对Linux内核开发的负载均衡解决方案，由我国博士章文嵩在1998年创建，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的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CentOS7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。

[root@localhost ~]# modprobe ip_vs
#手动加载
[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 #确认内核对LVS的支持
[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.ko.xz       ip_vs_lblcr.ko.xz  ip_vs_nq.ko.xz      ip_vs_rr.ko.xz   ip_vs_sh.ko.xz   ip_vs_wrr.ko.xz
ip_vs_ftp.ko.xz  ip_vs_lblc.ko.xz  ip_vs_lc.ko.xz     ip_vs_pe_sip.ko.xz  ip_vs_sed.ko.xz  ip_vs_wlc.ko.xz
[root@localhost ipvs]# ls |grep -o "^[^.]*"
ip_vs_dh
ip_vs_ftp
ip_vs
ip_vs_lblc
ip_vs_lblcr
ip_vs_lc
ip_vs_nq
ip_vs_pe_sip
ip_vs_rr
ip_vs_sed
ip_vs_sh
ip_vs_wlc
ip_vs_wrr[root@localhost ipvs]# for i in $(ls |grep -o "^[^.]*")
> do
> echo $i
> modprobe $i
#使用for循环，一次性加载

LVS的负载调度算法

轮询（rr）

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），均等的对待每一个服务器，而不管服务器实际的连接数和系统负载

加权轮询

根据调度器设置的权重值分发请求，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

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

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

ipvsadm工具

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

ipvasdm工具选项

-A：添加虚拟服务器

-D：删除整个虚拟fuwq

-s：指定负载调度算法（轮询，加权轮询，最少连接，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）

-p60：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

LVS-NAT部署实操

准备四台虚拟机

192.168.146.20做LVS调度器

192.168.146.30做nginx

192.168.146.50做nginx

192.168.146.60做nfs共享存储

部署192.168.146.30（安装nginx服务）

cd /etc/yum.repo.d/
将nginx的包拉进去
yum -y install nginx

cd /etc/nginx/
vim nginx.conf 
可以发现，他的默认server块在conf.d配置文件中cd conf.d/
vim default.conf
找到他的网页根目录在/usr/share/nginx/html

将网页根目录下的所有东西，复制到共享存储服务器中
scp * 192.168.146.60:/opt

等共享存储服务器完成操作后
showmount -e 192.168.146.60
#挂载到共享服务器（临时挂载）
mount 192.168.146.60:/opt/html /usr/share/nginx/html/
#到指定目录查看是否已经共享
cd /usr/share/nginx/html/

systemctl start nginx

部署192.168.146.50（安装nginx服务）

cd /etc/yum.repo.d/
将nginx的包拉进去
yum -y install nginx#永久挂载到共享目录
vim /etc/fstab
192.168.146.60:/opt/html /usr/share/nginx/html  nfs     defaults,_netdev        0   0

systemctl start nginx

为了以示区分，在共享文件的虚拟机中，重新创建了一个共享文件umount /usr/share/nginx/html/vim /etc/fstab
192.168.146.60:/opt/www /usr/share/nginx/html  nfs     defaults,_netdev        0   0

192.168.146.60（nfs共享）

mkdir html  #做网页共享目录mv *.html html

cd /opt/html
vim game.html
<html>
<body><h1>this is nfs share web page!</h1><img src="game.jpg" />
</body>
</html>
~                                                                                   
~

#检查两个服务是否已经安装，如果未安装，可以用yum直接安装
rpm -q nfs-utils rpcbind
systemctl enable --now rpc-rquotad.service nfs

vim /etc/exports/opt/html 192.168.146.0/24(rw,sync,no_root_squash)chmod 777 html/ #系统用户也需要有权限
exportfs -arv   #在线发布共享目录，不需要重启。如果通过重启来发布共享目录，可能会导致已经挂载的客户端出现卡死现象systemctl stop firewalld.service 
setenforce 0

因为目前30和50的主机都用的同一个目录来共享文件的，不太好区别，所以可以用两个目录来区分开
cp -r html/ www
chmod 777 wwwvim /etc/exports
/opt/html 192.168.146.0/24(rw,sync,no_root_squash)
/opt/www 192.168.146.0/24(rw,sync,no_root_squash)exportfs -arv

cd /www
vim game.html
<html>
<body><h1>this is www share web page!</h1><img src="game.jpg" />
</body>
</html>

部署192.168.146.20做LVS调度器

需要两个网卡，添加一个网卡

vim ifcfg-ens36
TYPE=Ethernet
DEVICE=ens36
ONBOOT=yes
BOOTPROTO=static
IPADDR=12.0.0.10
NETMASK=255.255.255.0
#GATEWAY=192.168.146.2
#DNS1=192.168.146.2
~

vim ifcfg-ens33
TYPE=Ethernet
DEVICE=ens33
ONBOOT=yes
BOOTPROTO=static
IPADDR=192.168.146.20
NETMASK=255.255.255.0
#GATEWAY=192.168.146.2
#DNS1=192.168.146.2

由于在nat模式下，所以需要将两个节点服务器30和50的网关设置为调度器的地址192.168.146.30
vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33
TYPE=Ethernet
DEVICE=ens33
ONBOOT=yes
BOOTPROTO=static
IPADDR=192.168.146.30
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=192.168.146.20
#DNS1=192.168.146.2
systemctl restart network192.168.146.50
vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33
TYPE=Ethernet
DEVICE=ens33
ONBOOT=yes
BOOTPROTO=static
IPADDR=192.168.146.50
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=192.168.146.20
#DNS1=192.168.146.2
systemctl restart network

设置ip转发功能
vim /etc/sysctl.conf 
net.ipv4.ip_forward=1sysctl -p  #加载iptables -F && iptables -t nat -F  #清空iptables规则
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.146.0/24 -o ens36 -j SNAT --to 12.0.0.10
iptables -nL -t nat

modprobe ip_vs  #加载模块(此实验只要加载一个通用的就可以了）
如果想加载全部，就去/usr/lib/modules/3.10.0-693.el7.x86_64/kernel/net/netfilter/ipvs/
用for循环，遍历加载
for i in $(ls ./)
do
a=$(echo $i | awk -F. '{print $1}')
modprobe $a
echo "$a"
done

yum -y install ipvsadm如果直接启动ipvsadm会报错
/var/log/messages查看一下，原因是缺少/etc/sysconfig/ipvsadm这个文件，所以我们可以手动给他添加一下ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
systemctl start ipvsadm

配置负载分配策略（NAT模式只要在调度器上配置，节点服务器不需要特殊配置）
ipvsadm -ln  #查看是否有规则
ipvsadm -C   #清楚现有规则ipvsadm -A -t 12.0.0.10:80 -s rr  #添加一个虚拟服务器
ipvsadm -a -t 12.0.0.10:80 -r 192.168.146.30:80 -m #添加节点服务器
ipvsadm -a -t 12.0.0.10:80 -r 192.168.146.50:80 -mipvsadm   #启用