クラスター負荷分散-LVS負荷分散理論

1つ：クラスターの負荷分散の原則

1.1：エンタープライズクラスタアプリケーションの概要

• クラスターの意味

  • クラスター、クラスター、クラスター
  • 複数のホストで構成されますが、全体としては外部的にのみ表示されます

• 問題

  • インターネットアプリケーションでは、サイトのハードウェアパフォーマンス、応答速度、サービスの安定性、データの信頼性などの要件がますます高くなっているため、単一のサーバーではそれができません

• 解決

  • 高価なミニコンピューターとメインフレームを使用する
  • 通常のサーバーを使用してサービスクラスターを構築する

• Alibaba CloudのSLBは典型的な負荷分散スケジューラーであり、ECSはク​​ラウドホスト（仮想マシン）です

  SLBはECSをスケジュールし、複数のECSがリソースプールを形成して、クラウドコンピューティングの基礎を形成します

1.2：エンタープライズクラスタの分類

• クラスターのターゲットの違いに応じて、3つのタイプに分類できます。
  • 負荷分散クラスター
  • 高可用性クラスター
  • 高性能コンピューティングクラスタ

1.2.1：負荷分散クラスター

• アプリケーションシステムの応答性を向上させ、可能な限り多くのアクセス要求を処理し、待ち時間を目標として削減して、高い同時実行性と高負荷（LB）の全体的なパフォーマンスを実現します。
• LBの負荷分散は、スケジューリングであるマスターノードの分散アルゴリズムに依存します。

1.2.2：高可用性クラスター

• アプリケーションシステムの信頼性を向上させ、中断時間を可能な限り削減するには、サービスの継続性を確保し、高可用性（HA）フォールトトレランス効果を実現します
• HAの動作モードには、デュプレックスモードとマスタースレーブモードが含まれます
  • 2つの並列状態のデュプレックス、協調作業、いつでも相互に置き換え
  • マスタースレーブモードでは、集中型クラスターと呼ばれる1つのマスター、複数のスレーブ
  • 分散メカニズム：実際のマスターは存在せず、存在する場合はシンボリックであり、すべてのノードが機能します（Redisクラスターは典型的な分散メカニズムです）

1.2.3：高性能コンピュータクラスタ

• アプリケーションシステムのCPUコンピューティング速度を向上させ、ハードウェアリソースと分析機能を拡張し、大規模なスーパーコンピューターと同等のハイパフォーマンスコンピューティング（HPC）機能を獲得することを目的としています。
• 高性能コンピューティングクラスタの高性能は、「分散コンピューティング」と「並列コンピューティング」に依存しています。複数のサーバーのCPU、メモリ、その他のリソースは、専用のハードウェアとソフトウェアを介して統合され、大規模なスーパーコンピュータだけが持つコンピューティング機能を実現します。

1.3：負荷分散クラスターの動作モードの分析

• 負荷分散クラスターは現在、企業で最も一般的に使用されているクラスタータイプです。
• クラスター負荷スケジューリングテクノロジーには3つの動作モードがあります。
  • アドレス変換
  • IPトンネル
  • 直接ルーティング（DR）

1.3.1：NATモード

• ネットワークアドレス変換
  • NATモードと呼ばれ、ファイアウォールのプライベートネットワーク構造に似ています。ロードスケジューラは、すべてのサーバーノードのゲートウェイとして機能します。つまり、クライアントのアクセス入口として機能し、クライアントへの応答として各ノードのアクセス出口としても機能します。
  • サーバーノードはプライベートIPアドレスを使用し、ロードスケジューラと同じ物理ネットワーク上にあり、セキュリティは他の2つの方法よりも優れています

1.3.2：TUNモード

• IPトンネル
  • TUNモードと呼ばれ、オープンネットワーク構造を採用しています。ロードスケジューラは、クライアントのアクセスエントランスとしてのみ使用されます。各ノードは、ロードスケジューラを経由せずに、独自のインターネット接続を介してクライアントに直接応答します。
  • サーバーノードはインターネットのさまざまな場所に散在し、独立したパブリックIPアドレスを持ち、専用IPトンネルを介してロードスケジューラと通信します。

1.3.3：DRモード

• 直接ルーティング
  • DRモードと呼ばれ、TUNモードの構造と同様のセミオープンネットワーク構造を採用していますが、ノードはどこにでも散在しているわけではなく、スケジューラーと同じ物理ネットワークに配置されています。
  • ロードスケジューラは、ローカルネットワークを介して各ノードサーバーに接続され、専用のIPトンネルを確立する必要はありません。

1.3.4：3つの動作モードの違い

作業モードの違い	NATモード	TUNモード	DRモード
実サーバー（ノードサーバー）
サーバー番号（ノード数）	低い10-20	高い100	高い100
実際のゲートウェイ	ロードスケジューラ	自分のルーター	無料ルーター
IPアドレス	パブリックネットワーク+プライベートネットワーク	パブリックネット	プライベートネットワーク
利点	高いセキュリティ	WAN環境で暗号化されたデータ	最高のパフォーマンス
不利益	低効率と高圧	トンネルのサポートが必要	LANにまたがることはできません

2：クラスターアーキテクチャと仮想サーバー

2.1：負荷分散クラスターのアーキテクチャー

• 負荷分散アーキテクチャ
  • 最初のレイヤー、ロードスケジューラー（ロードバランサーまたはディレクター）
  • 2番目の層、サーバープール（サーバープール）
  • 第3層の共有ストレージ（Share Storage）

• 共有ストレージは、多くのストレージスペースと利点を提供します：便利で効率的

2.2：LVS仮想サーバーの概要

• Linux仮想サーバー
  • Linuxカーネルの負荷分散ソリューション
  • チャンウェンソン博士が1998年5月に中国で設立

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

• LVSロードスケジューリングアルゴリズム
  • ラウンドロビン
    • 受信したアクセス要求は、クラスター内の各ノード（実サーバー）に順番に割り当てられ、サーバーの実際の接続数やシステム負荷に関係なく、各サーバーは同等に扱われます
  • 加重ラウンドロビン
    • 実サーバーの処理能力に応じて、受信したアクセス要求が順番に割り当てられ、スケジューラーが各ノードの負荷状態を自動的に照会し、動的に重みを調整できます
    • 強力な処理機能を備えたサーバーがより多くのトラフィックを処理できるようにする
  • 最小接続
    • 実サーバーによって確立された接続数に応じて割り当て、接続数が最も少ないノードへの受信アクセス要求に優先順位を付けます
  • 加重最小接続
    • サーバーノードのパフォーマンスに大きな違いがある場合は、実際のサーバーの重みを自動的に調整できます。
    • 重みが大きいノードは、アクティブな接続負荷の割合が高くなります。

2.3：LVSクラスターの作成と管理

• ipvsadmツールを使用する
  • 仮想サーバーを作成する
  • サーバーノードの追加、削除
  • クラスターとノードのステータスを表示する
  • エラー負荷分散戦略

2.4：NFS共有ストレージサービス

• ネットワークファイルシステム、ネットワークファイルシステム

  • RPC（リモートプロシージャコール）に依存する
  • nfs-utils、rpcbindソフトウェアパッケージをインストールする必要がある
  • システムサービス：nfs、rpcbind
  • 共有構成ファイル：/ etc / exports

• NFSを使用して共有リソースを公開する

  • nfs-util、rpcbindソフトウェアパッケージをインストールする
  • 共有ディレクトリを設定する
  • NFSサービスプログラムを起動します。
  • マシンによって公開されたNFS共有ディレクトリを表示する

• クライアントのNFS共有リソースにアクセスする

  • rpcbindパッケージをインストールして、rpcbindサービスを開始します。
  • NFS共有ディレクトリを手動でマウントする
    NFS公開共有リソース
  • nfs-util、rpcbindソフトウェアパッケージをインストールする
  • 共有ディレクトリを設定する
  • NFSサービスプログラムを起動します。
  • マシンによって公開されたNFS共有ディレクトリを表示する

• クライアントのNFS共有リソースにアクセスする

  • rpcbindパッケージをインストールして、rpcbindサービスを開始します。
  • NFS共有ディレクトリを手動でマウントする
  • fstab自動マウント設定