Web服务器群集--LVS负载均衡群集的原理与部署

其他 2021-01-25 03:58:30 阅读次数: 0

文章目录

简介

群集（或集群）的称呼来自于英文单词"Cluwster"，表示一群、一串的意思，用在服务器领域则表示大量服务器的集合体，以区分于单个服务器。根据企业实际环境的不同，群集所提供的功能也各不相同，采用的技术细节也可能各有千秋。这里，我们将对群集的结构、工作模式、LVS虚拟应用、以及NFS共享存储做一个简单的介绍。

1.负载均衡群集的原理

1.1 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

问题

  • 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，单台服务器力不从心

解决方法

  • 使用价格昂贵的小型机、大型机
  • 使用普通服务器构建服务群集

补充介绍：

  • 阿里云中的SLB是典型的负载均衡调度器，ECS是云主机（虚拟机）;
  • SLB调度ECS，多个ECS组成资源池，构成云计算的基础。

1.2 企业群集分类

  • 无论是哪种群集，都至少包括两台节点服务器

  • 按照集群所针对的目标差异分类
    负载均衡群集
    高可用群集
    高性能运算群集

1.2.1 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。例如，DNS轮询、应用层交换、反向代理等都可以作负载均衡群集。
  • 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。

1.2.2 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。例如，故障切换、双机热备、多机热备等都属于高可用群集技术；
  • HA的工作方式包括双工和主从两种模式，双工是同时工作的意思; 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。

1.2.3 高性能运算群集(High Performance Computer Cluster)

  • 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。例如，云计算、网格计算也可视为高性能运算的一种；

  • 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。

1.3 负载均衡的分层结构

1.3.1 概述

  • 在典型的负载均衡群集中，包括三个层次的组件。前端至少有一个负载调度器负载响应并分发来自客户机的访问请求；后端由大量真实服务器构成服务器池，提供实际的应用服务，整个群集的伸缩性通过增加、删除服务器节点来完成，而这些过程对客户机是透明的；为了保持服务的一致性，所有节点使用共享存储设备。

1.3.2 负载均衡的架构

  • 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）

1.3.3 负载均衡的架构的详解介绍

  • 负载调度器：这是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（虚拟IP）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平滑替换至备用调度器，确保高可用性；
  • 服务器池：群集提供应用服务，由服务器池承担，其中的每个节点具有独立的RIP（真实IP）地址，只处理调度器分发过来的客户机请求；当某个节点失效时，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；
  • 共享存储：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。

1.4 负载均衡的工作模式

  • 关于群集的负载调度技术，可以基于IP、端口、内容等进行分发，其中基于IP的负载调度效率是最高的。基于IP的负载均衡模式中，常见的有地址转换、IP隧道和直接路由三种工作模式。

1.4.1 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。

在这里插入图片描述

1.4.2 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。
    在这里插入图片描述

1.4.3 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。
    在这里插入图片描述
    DR与TUN模式的区别：
  • 相同点：都是各web 节点直接响应客户机；
  • 不同的：TUN模式有独立公测，而DR没有；TUN各web节点和调度器IP隧道通讯，而DR各web节点和局域网通讯；TUN模式web节点直接响应，DR模式web节点需要通过路由器响应。

1.5 三种工作模式的区别

工作模式区别 NAT模式 TUN模式 DR模式
Real server(节点服务器)
Server number(节点数量） Low 10-20 High 100 High 100
真实网关 负载调度器 自有路由器 自由路由器
IP地址 公网+私网 公网 私网
优点 安全性高 Wan环境加密数据 性能最高
缺点 效率低，压力大 需要隧道支持 不能跨越LAN

2.LVS虚拟服务器

2.1 概述

  • Linux Virtual Server 是针对 Linux内核的负载均衡解决方案，于1998年5月由我国的章文嵩博士创建。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。
[root@localhost~]# modprobe ip_vs   '//加载ip_vs模块，确认内核对LVS的支持'
[root@localhost~]# cat /proc/net/ip_vs	'//查看ip_vs版本信息'

2.2 LVS的负载调度算法

2.2.1 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。

2.2.2 加权轮询（Weighted Round Robin）

  • 根据真实服务器的处理能力轮流分配收到的访问请求，调度器可以自动查询各节点的负载情况，并动态调整其权重，保证处理能力强的服务器承担更多的访问流量。

2.2.3 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。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负载均衡。

2.2.4 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，可以为真实服务器自动调整权重，权重较高的节点将承担更大比例的活动连接负载。

2.3 使用ipvsadm管理工具

LVS群集创建和管理

  • 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

3.构建LVS负载均衡群集

3.1 案例环境

  • LVS调度器作为Web服务器池的网关，LVS两块网卡（VM1和VM2），分别连接内外网，使用轮询(rr)调度算法

LVS负载均衡群集—地址转换模式(LVS-NAT)环境

（1）调度服务器一台

  • IP地址：192.168.70.10（内网VM1)
  • IP地址：192.168.80.10（外网VM2)

（2）Web服务器两台

  • IP地址：192.168.70.11 (SERVER AA)
  • IP地址：192.168.70.12（SERVER AB）
    注意：Web服务器的网关需指向调度器内网网卡

（3）NFS共享服务器

  • IP地址：192.168.70.13

（4）客户端一台，以win7为例，用于测试验证

  • IP地址：192.168.70.14（内网）
  • IP地址：192.168.80.14（外网)

注意：需确保相同网段之间能互相通信
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

3.2 实验目的

  • win10客户机访问 192.168.70.10 的网址，通过nat地址转换，轮询的访问到Apache1和Apache2主机；
  • 搭建出nfs网络文件存储服务。

3.3 部署步骤

  • 加载ip_vs模块，安装ipvsadm工具
  • 开启路由转发；
  • 新建LVS虚拟服务器并添加节点服务器；
  • 配置节点服务器：
    建立测试网站
    挂载NFS共享存储
    建立测试网页
  • 保存规则并测试

3.4 项目步骤

3.4.1 关闭防火墙

iptables -F
setenforce 0
systemctl stop firewalld

3.4.2 配置NFS存储服务器

[root@nfs ~]# rpm -qa | grep rpcbind		//默认虚拟机已安装rpcbind模块
rpcbind-0.2.0-42.el7.x86_64
[root@nfs ~]# yum -y install nfs-utils	//确认是否安装nfs-utils软件包
已加载插件：fastestmirror, langpacks
base                                                     | 3.6 kB     00:00     
Loading mirror speeds from cached hostfile
 * base: 
软件包 1:nfs-utils-1.3.0-0.48.el7.x86_64 已安装并且是最新版本
无须任何处理
[root@nfs ~]# mkdir /opt/web1
[root@nfs ~]# mkdir /opt/web2
[root@nfs ~]# echo "<h1>this is web1.</h1>" > /opt/web1/index.html
[root@nfs ~]# echo "<h1>this is web2.</h1>" > /opt/web2/index.html
[root@nfs ~]# vi /etc/exports
/opt/web1 192.168.70.11/32 (ro)
/opt/web2 192.168.70.12/32 (ro)
[root@nfs ~]# systemctl restart nfs
[root@nfs ~]# systemctl restart rpcbind
[root@nfs ~]# showmount -e
Export list for nfs:
opt/web2 (everyone)
/opt/web1 (everyone)

3.4.3 配置Web站点服务器

yum -y install httpd
[root@web1 ~]# showmount -e 192.168.70.13
Export list for 192.168.70.13:
opt/web2 (everyone)
/opt/web1 (everyone)
[root@web1 ~]# mount 192.168.70.13:/opt/web1 /var/www/html
[root@web1 ~]# systemctl restart httpd
[root@web1 ~]# netstat -anpt | grep httpd
tcp6       0      0 :::80                   :::*                    LISTEN      55954/httpd   

[root@web2 ~]# mount 192.168.70.13:/opt/web2 /var/www/html
[root@web2 ~]# systemctl restart httpd
[root@web2 ~]# netstat -anpt | grep httpd
tcp6       0      0 :::80                   :::*                    LISTEN      54695/httpd

3.4.4 在LVS调度服务器上配置

[root@lvs ~]# vi /etc/sysctl.conf
...
net.ipv4.ip_forward=1
[root@lvs ~]# sysctl -p		'//开启路由地址转换'
net.ipv4.ip_forward=1
[root@lvs ~]# modprobe ip_vs	'//加载ip_vs模块'
[root@lvs ~]# 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
[root@lvs ~]# yum -y install ipvsadm
[root@lvs ~]# vi nat.sh
#!/bin/bash
ipvsadm -C
ipvsadm -A -t 192.168.80.10:80 -s rr
ipvsadm -a -t 192.168.80.10:80 -r 192.168.70.11:80 -m
ipvsadm -a -t 192.168.80.10:80 -r 192.168.70.12:80 -m
ipvsadm -Ln
//
-C：'表示清除缓存'
-A：'添加地址为192.168.80.10:80的虚拟地址，指定调度算法为轮询'
-a: '指定真实服务器，指定传输模式为NAT'
-t：'访问的入口地址，VIP'
rr：'表示轮询'
-m：'指的是NAT模式'

运行脚本，启动服务

[root@lvs ~]# sh nat.sh
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  192.168.80.10:80 rr
  -> 192.168.70.11:80             Masq    1      0          0         
  -> 192.168.70.12:80             Masq    1      0          0
  • 确认调度器是否能访问两个网页
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

3.4.5 验证结果

  • 在浏览器中访问
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
  • 查看群集真实调度明细
[root@lvs ~]# ipvsadm -lnc		'//查看真实调度明细'
IPVS connection entries
pro expire state       source             virtual            destination
TCP 01:20  FIN_WAIT    192.168.80.1:51398 192.168.80.10:80   192.168.70.11:80
TCP 00:44  TIME_WAIT   192.168.80.1:51378 192.168.80.10:80   192.168.70.12:80
TCP 00:29  TIME_WAIT   192.168.80.1:51371 192.168.80.10:80   192.168.70.11:80
TCP 00:17  TIME_WAIT   192.168.80.1:51356 192.168.80.10:80   192.168.70.12:80
TCP 11:39  ESTABLISHED 192.168.80.1:51301 192.168.80.10:80   192.168.70.11:80

猜你喜欢

转载自blog.csdn.net/weixin_42449832/article/details/110823318
今日推荐
基于大语言模型的开源知识库问答系统 MaxKB GitHub Star 数量突破 5,000 个！
美国拟限制 AI 大模型出口中国和俄罗斯
苹果将与 OpenAI 达成协议，将 ChatGPT 应用于 iPhone
openKylin 社区生态委员会第六次会议圆满召开
阿里云正式发布通义千问 2.5
Python 3.13 发布首个 Beta：实验性自由线程模式和 JIT、改进交互式解释器
Stack Overflow 拿我的代码去训练 AI 大模型，还封了我的账号
Pop!_OS 的 COSMIC 桌面完成 App Store 上架工作
《2024 年一季度互联网投融资运行情况》研究报告
报告：Django 仍然是 74% 开发者的首选
15 年前上了“FFmpeg 耻辱柱”，今天他还得谢谢咱——腾讯QQPlayer一雪前耻？
TIOBE 5 月榜单：Fortran “复活”进入 Top 10
周排行
记一下去大梅沙的准备（2018-05-26）
Spring 注解 事务
基于HTTP协议的客户端缓存
阿里云rds 备份和还原
[PHP] 几个拖慢 PHP 程序/API 运行速度的点
python 代码风格------------PEP8规则
js控制json生成菜单——自制菜单（一）
将字符串: 'k:1|k1:2|k2:3|k3:4 ' ,处理成 python 字典: {'k':1, 'k1':2, ...}
微信小程序转支付宝小程序
Qt551.窗口滚动条
每日归档
更多
2024-05-13(18)
2024-05-12(0)
2024-05-11(38)
2024-05-10(38)
2024-05-09(35)
2024-05-08(42)
2024-05-07(14)
2024-05-06(40)
2024-05-05(0)
2024-05-04(7)

代码天地 © 2018 codetd.com

境外服务器   最新电视剧2022