快速了解LVS负载均衡群集原理（群集分类与工作模式分析与区别）

前言

一：负载均衡群集原理

1.1：企业群集应用概述

• 群集的含义

  • Cluster，群集，集群
  • 由多台主机构成，但对外只表现为一个整体

• 在互联网应用中，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

• 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

• 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

1.2.1：负载均衡群集（Load Balance Cluster）

• 以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，分流算法即调度

1.2.2：高可用群集（High Availability Cluster）

• 以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，两个平级状态的协同工作，随时顶替对方
  • 带有主从模式的，一台主，多台从，称为中心化群集
  • 去中心化机制：没有真正的主，如果有，也是象征意义的，所有节点都干活（Redis的群集就是典型去中心化机制）

1.2.3：高性能运算群集（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
• 高性能运算群集的髙性能依赖于“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三种工作模式
  • 地址转换
  • IP隧道
  • 直接路由（DR）

1.3.1：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
• 

1.3.2：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
• 

1.3.3：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

• 

1.3.4：三种工作模式的区别

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

二：群集架构与虚拟服务器

2.1：负载均衡群集的架构

• 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）
  • 

2.2：LVS虚拟服务器概述

• Linux Virtual Server

  • 针对 Linux内核的负载均衡解决方案

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  • 1998年5月，由我国的章文嵩博士创建

  • [root@localhost~]# modprobe ip_vs   '//确认内核对LVS的支持'
    [root@localhost~]# cat /proc/net/ip_vs
    

• LVS的负载调度算法

  • 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
  • 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
  • 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
  • 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：LVS群集创建与管理工具

• 使用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
  • 报错负载分配策略