任务列表

18.1 集群介绍
18.2 keepalived介绍
18.3/18.4/18.5 用keepalived配置高可用集群
18.6 负载均衡集群介绍
18.7 LVS介绍
18.8 LVS调度算法
18.9/18.10 LVS NAT模式搭建

集群介绍

集群，简单地说是指一组（若干个）相互独立的计算机，利用高速通信网络组成一个较大的计算机服务系统，每个集群节点（即集群中的每台计算机）都是运行各自服务的独立服务器。

集群的特点：高性能（Performance）、价格有效（Cost-effectiveness)、可伸缩性（Scalability)、高可用性（Availability）、透明性（Traansparency）、可管理性（Manageability）、可编程性（Programmability）

集群的分类：
负载均衡集群：Load balancing clusters，简称LBC、LB
高可用集群：High-availability clusters，简称HAC
高性能计算集群：High-performance clusters，简称HPC
网格计算集群：Grid computing clusters

常见的集群开源软件：
高可用： Keepalived、Heartbeat
负载均衡：Keepalived、Nginx、LVS、Haproxy

keepalived介绍

使用keepalived来实现高可用集群，因为heartbeat在centos6上有一些问题，影响实验效果，而且heartbeat软件在2010年停止更新；
keepalived通过VRRP（Virtual Router Redundancy Protocl）来实现高可用。
在这个协议里会将多台功能相同的路由器组成一个小组，这个小组里会有1个master角色和N（N>=1）个backup角色。
master会通过组播的形式向各个backup发送VRRP协议的数据包，当backup收不到master发来的VRRP数据包时，就会认为master宕机了。此时就需要根据各个backup的优先级来决定谁成为新的mater。
Keepalived要有三个模块，分别是core、check和vrrp。其中core模块为keepalived的核心，负责主进程的启动、维护以及全局配置文件的加载和解析，check模块负责健康检查，vrrp模块是来实现VRRP协议的。

用keepalived配置高可用集群

实验机器两台linux-01（master），linux-02（backup）
两台机器都执行yum install -y keepalived
两台机器都安装nginx，其中linux-01上已经编译安装过nginx，linux-02上需安装nginx，通过yum isntall -y nginx安装

将linux-01上keepalived原配置文件清空，并写入以下配置
vim /etc/keepalived/keepalived.conf

global_defs {
   notification_email {
     [email protected]
   }
   notification_email_from [email protected]
   smtp_server 127.0.0.1
   smtp_connect_timeout 30
   router_id LVS_DEVEL
}

vrrp_script chk_nginx {
    script "/usr/local/sbin/check_ng.sh"   //定义检查nginx服务的脚本
    interval 3
}

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface ens33
    virtual_router_id 51
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass aminglinux>com
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.196.100
    }

    track_script {
        chk_nginx
    }

}

编写nginx检测脚本

#!/bin/bash
#时间变量，用于记录日志
d=`date --date today +%Y%m%d_%H:%M:%S`
#计算nginx进程数量
n=`ps -C nginx --no-heading|wc -l`
#如果进程为0，则启动nginx，并且再次检测nginx进程数量，
#如果还为0，说明nginx无法启动，此时需要关闭keepalived
if [ $n -eq "0" ]; then
        /etc/init.d/nginx start
        n2=`ps -C nginx --no-heading|wc -l`
        if [ $n2 -eq "0"  ]; then
                echo "$d nginx down,keepalived will stop" >> /var/log/check_ng.log
                systemctl stop keepalived
        fi
fi

给该脚本赋予755权限，否则无法被keepalived调用
chmod 755 /usr/local/sbin/check_ng.sh

开启keepalived服务，停止防火墙，关闭selinux
systemctl start keepalived
getenforce
vim /etc/sysconfig/selinux 修改配置文件，永久关闭selinux

将linux-02上keepalived原配置文件清空，并写入以下配置
vim /etc/keepalived/keepalived.conf

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global_defs {
   notification_email {
     [email protected]
   }
   notification_email_from [email protected]
   smtp_server 127.0.0.1
   smtp_connect_timeout 30
   router_id LVS_DEVEL
}

vrrp_script chk_nginx {
    script "/usr/local/sbin/check_ng.sh"
    interval 3
}

vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    interface ens33
    virtual_router_id 51
    priority 90
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass aminglinux>com
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.196.100
    }

    track_script {
        chk_nginx
    }

}

编辑启动nginx脚本，与二进制安装的略有不同
vim /usr/local/sbin/check_ng.sh

#!/bin/bash
#时间变量，用于记录日志
d=`date --date today +%Y%m%d_%H:%M:%S`
#计算nginx进程数量
n=`ps -C nginx --no-heading|wc -l`
#如果进程为0，则启动nginx，并且再次检测nginx进程数量，
#如果还为0，说明nginx无法启动，此时需要关闭keepalived
if [ $n -eq "0" ]; then
        systemctl start nginx
        n2=`ps -C nginx --no-heading|wc -l`
        if [ $n2 -eq "0"  ]; then
                echo "$d nginx down,keepalived will stop" >> /var/log/check_ng.log
                systemctl stop keepalived
        fi
fi

给该脚本赋予755权限，否则无法被keepalived调用
chmod 755 /usr/local/sbin/check_ng.sh
开启keepalived服务，停止防火墙，关闭selinux
systemctl start keepalived
getenforce
vim /etc/sysconfig/selinux 修改配置文件，永久关闭selinux

测试
在mater上查看vip，并在网页上访问192.168.196.100

我们将master上的keepalived关闭，再进行测试
此时vip不在master上

我们查看linux-02

访问192.168.196.100

负载均衡集群介绍

负载均衡软件分类：
主流的负载均衡开源软件：LVS、keepalived、haproxy、nginx等
其中，LVS属于4层（网络OSI7层模型），nginx属于7层，haproxy即可以是4层，也可以是7层。
keepalived的负载均衡功能其实就是lvs
lvs这种4层的负载均衡是可以分发除80外的其他端口通信，比如mysql，而nginx仅仅支持http、https、mail
haproxy也可以支持mysql
4层和7层负载比较：
LVS4层的更稳定，能承受更多的请求
nginx 7层的更加灵活，能实现更多的个性化需要
网络七层介绍

在这里插入图片描述

lvs介绍

LVS：Linux Virtuer Server，即Linux虚拟服务器，是一个虚拟的服务器集群系统，基于TCP/IP做的路由和转发，稳定性和效率很高。本项目在1998年5月由章文嵩博士成立，是中国国内最早出现的开源软件项目之一。
LVS集群采用IP负载均衡技术和基于内容请求分发技术。调度器具有很好的吞吐率，将请求均衡地转移到不同的服务器上执行，且调度器自动屏蔽掉服务器的故障，从而将一组服务器构成一个高性能的、高可用的虚拟服务器。整个服务器集群的结构对客户是透明的，而且无需修改客户端和服务器端的程序。为此，在设计时需要考虑系统的透明性、可伸缩性、高可用性和易管理性。
一般来说，LVS集群采用三层结构
A、负载调度器（load balancer）或者叫分发器（Load Runner），它是整个集群对外面的前端机，负责将客户的请求发送到一组服务器上执行，而客户认为服务是来自一个IP地址（我们可称之为虚拟IP地址）上的。
B、服务器池（server pool），是一组真正执行客户请求的服务器，执行的服务有WEB、MAIL、FTP和DNS等。
C、共享存储（shared storage），它为服务器池提供一个共享的存储区，这样很容易使得服务器池拥有相同的内容，提供相同的服务。

LVS NAT模式
在这里插入图片描述
这种模式借助iptables的nat表来实现
用户的请求到分发器后，通过预设的iptables规则，把请求的数据包转发到后端的rs上去
rs需要设定网关为分发器的内网ip
用户请求的数据包和返回给用户的数据包全部经过分发器，所以分发器成为瓶颈
在nat模式中，只需要分发器有公网ip即可，所以比较节省公网ip资源

LVS IP Tunnel模式
在这里插入图片描述
这种模式，需要有一个公共的IP配置在分发器和所有rs上，我们把它叫做vip
客户端请求的目标IP为vip，分发器接收到请求数据包后，会对数据包做一个加工，会把目标IP改为rs的IP，这样数据包就到了rs上
rs接收数据包后，会还原原始数据包，这样目标IP为vip，因为所有rs上配置了这个vip，所以它会认为是它自己

LVS DR模式
在这里插入图片描述
这种模式，也需要有一个公共的IP配置在分发器和所有rs上，也就是vip
和IP Tunnel不同的是，它会把数据包的MAC地址修改为rs的MAC地址
rs接收数据包后，会还原原始数据包，这样目标IP为vip，因为所有rs上配置了这个vip，所以它会认为是它自己

LVS调度算法

lvs支持的算法有：
轮询：Round-Robin，简称：rr
加权轮询：Weight Round-Robin，简称：wrr
最小连接：Least-Connection，简称：lc
加权最小连接：Weight Least-Connection，简称：wlc
基于局部性的最小连接：Locality-Based Least Connections，简称：lblc
带复制的基于局部性最小连接：Locality-Based Least Connections with Replication，简称：lblcr
目标地址散列调度：Destination Hashing，简称：dh
源地址散列调度：Source Hashing，简称：sh

LVS NAT模式搭建

准备三台虚拟主机
三台设备都关闭firewalld，开启iptables并清空规则
systemctl disable firewalld
systemctl stop firewalld
yum install -y iptables-services
systemctl start iptables
systemctl enable iptables
iptables -F
service iptables save
设置虚拟机的ip和网关
分发器，也叫调度器（简写为dir）内网：192.168.196.101，外网：192.168.183.100（vmware仅主机模式）
rs1 内网：192.168.196.103，设置网关为 192.168.196.101
rs2 内网：192.168.196.105，设置网关为 192.168.196.101
dir 端安装ipvsadm
yum install -y ipvsadm

编写脚本
vim /usr/local/sbin/lvs_nat.sh


#! /bin/bash
# director 服务器上开启路由转发功能
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
# 关闭icmp的重定向
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/send_redirects
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/default/send_redirects
# 注意区分网卡名字，两个网卡分别为ens33和ens37
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/ens33/send_redirects
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/ens37/send_redirects
# director 设置nat防火墙
iptables -t nat -F
iptables -t nat -X
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.196.0/24  -j MASQUERADE
# director设置ipvsadm
IPVSADM='/usr/sbin/ipvsadm'
$IPVSADM -C
$IPVSADM -A -t 192.168.183.100:80 -s rr   //外网IP
$IPVSADM -a -t 192.168.183.100:80 -r 192.168.196.103:80 -m -w 1
$IPVSADM -a -t 192.168.183.100:80 -r 192.168.196.105:80 -m -w 1

执行脚本sh /usr/local/sbin/lvs_nat.sh
修改首页内容为对应的主机名，方便测试
vi /usr/share/nginx/html/index.html

课堂笔记

Keepalived的实现原理
VRRP协议
https://blog.csdn.net/u013920085/article/details/21184143

LVS 三种模式图解
http://blog.51cto.com/jiekeyang/1839583

fullnat模式
https://ieevee.com/tech/2015/12/08/fullnat.html

0604----集群架构(一)