LVS负载均衡群集概念
一、群集的含义
群集（或称为集群）是由多台主机构成，但对外，只表现为一个整体，只提供一个访问入口（域名或IP），相当于一台大型计算机。
1.1 群集的产生
- 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，单台服务器开始无法满足负载均衡及高可用的需求，群集因此应运而生。
1.2 群集构成方案
- 使用价格昂贵的小型机、大型机组成群集。
- 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来达到服务器高可用和负载均衡，并于同一个IP地址对外提供相同服务。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）。
二、群集可分为三种
根据集群针对的目标差异，可分为三种
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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。
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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。
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高性能群集(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、超级计算机才具备的计算能力。
- 例如，“云计算”、“网格计算”等。
三、负载均衡群集架构
负载均衡的结构
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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。 -
第三层，共享存储(Share Storage)
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得最多的群集类型
- 群集的负载调度技术有3种工作模式
- 地址转换（NAT模式）
- IP隧道 （TUN模式）
- 直接路由（DR模式）
五、三种负载调度工作模式
5.1 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
5.2 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
5.3 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
六、LVS虚拟服务器
LVS(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.orgl
- 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。
modprobe ip_vs
cat /proc/net/ip_vs #确认内核对LVS的支持
七、LVS的负载调度算法
7.1 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
7.2 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
7.3 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
7.4 加权最少连接(Weighted L east 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
八、ipvsadm工具
ipvsadm功能与选项说明
| 选项 | 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（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 |