LVS負荷分散クラスターの概念

1.クラスターの意味

集まる（またはクラスターと呼ばれる）複数のホストで構成されますが、外部的には全体としてのみ表示され、1つのアクセスエントリ（ドメイン名またはIP）のみを提供します。これは、大規模なコンピューターに相当します。

1.1クラスターの生成

• 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、およびデータの信頼性に対する要件がますます高まっているため、単一のサーバーが負荷分散と高可用性の需要を満たすことができなくなり、クラスターが時代とともに出現しました。必要とする。

1.2クラスター構成スキーム

• 高価なミニコンピューターとメインフレームを使用してクラスターを形成します。
• 複数の比較的安価な通常のサーバーを使用して、サービスクラスターを構築します。

複数のサーバーを統合することにより、LVSを使用してサーバーの高可用性と負荷分散を実現し、同じIPアドレスから外部に同じサービスを提供します。これは、企業で一般的に使用されているクラスターテクノロジーであるLVS（Linux Virtual Server、Linux Virtual Server）です。

2.クラスターは3つのタイプに分けることができます

クラスターのターゲットの違いに応じて、3つのタイプに分けることができます

• 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改善し、可能な限り多くのアクセス要求を処理し、目標としての待ち時間を短縮し、高い同時実行性と高い負荷（LB）の全体的なパフォーマンスを実現します。

• 高可用性クラスター

  • 目標は、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短縮し、サービスの継続性を確保し、高可用性（HA）のフォールトトレランス効果を実現することです。
  • 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あります。デュプレックスとは、すべてのノードが同時にオンラインであることを意味します。マスタースレーブとは、マスターノードのみがオンラインであることを意味しますが、スレーブノードは次の場合に自動的にマスターノードに切り替えることができます。障害が発生します。
  • 例：「フェイルオーバー」、「デュアルマシンホットスタンバイ」など。

• 高性能コンピュータークラスター

  • 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することを目的として、大規模なスーパーコンピューターのハイパフォーマンスコンピューティング（HPC）機能と同等の機能を取得します。
  • 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、複数のサーバーのCPU、メモリ、その他のリソースが専用のハードウェアとソフトウェアを介して統合され、大型のスーパーコンピューターだけが持つコンピューティング機能を実現します。
  • たとえば、「クラウドコンピューティング」、「グリッドコンピューティング」などです。

3、負荷分散クラスターアーキテクチャ

負荷分散構造

• 最初のレベルでは、ロードスケジューラ（ロードバランサーまたはディレクター）
  がクラスターシステム全体の一意の入り口にアクセスし、すべてのサーバーに共通のVIPアドレス（クラスターIPアドレスとも呼ばれます）を使用します。通常、メインスケジューラとバックアップスケジューラの2つのスケジューラは、ホットバックアップを実現するように構成されています。メインスケジューラに障害が発生した場合は、バックアップスケジューラにスムーズに置き換えて、高可用性を確保できます。

• 2番目の層で
  あるサーバープール（サーバープール）クラスターによって提供されるアプリケーションサービスは、サーバープールによって支えられます。サーバープールでは、各ノードが独立したRIPアドレス（実際のIP）を持ち、スケジューラーによって分散されたクライアント要求のみを処理します。ノードに一時的な障害が発生すると、ロードスケジューラのフォールトトレラントメカニズムがノードを分離し、エラーが解消されるのを待ってからサーバープールに再入します。

• 3番目のレイヤーである共有ストレージ（共有ストレージ）
  は、サーバープール内のすべてのノードに安定した一貫性のあるファイルアクセスサービスを提供し、クラスター全体の統合を保証します。共有ストレージは、NASデバイスを使用するか、NFS共有サービス専用のサーバーを提供できます。

4、負荷分散クラスターの動作モード分析

• 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（NATモード）
  • IPトンネル（TUNモード）
  • 直接ルーティング（DRモード）

5、3の負荷スケジューリング作業モード

5.1NATモード

• NATモードと呼ばれるネットワークアドレス変換
• ファイアウォールのプライベートネットワーク構造と同様に、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、クライアントに応答する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ます。セキュリティは他の2つの方法よりも優れています。

5.2TUNモード

• TUNモードと呼ばれるIPトンネル
• オープンネットワーク構造では、ロードスケジューラはクライアントのアクセスポータルとしてのみ使用され、各ノードはロードスケジューラを通過する代わりに、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分散しており、独立したパブリックIPアドレスを持ち、専用のIPトンネルを介してロードスケジューラと通信します。

5.3DRモード

• DRモードと呼ばれる直接ルーティング
• TUNモデル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、スケジューラと同じ物理ネットワーク上にあります。
• ロードスケジューラは、専用のIPトンネルを確立することなく、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ます。

6、LVS仮想サーバー

LVS（Linux仮想サーバー）

• Linuxカーネル用に開発された負荷分散ソリューション
• 1998年5月に私の国で張文松博士によって設立されました
• 公式ウェブサイト：http：//www.linuxvirtualserver.orgl
• LVSは、実際にはIPアドレスに基づく仮想化アプリケーションと同等であり、IPアドレスとコンテンツ要求の分散に基づく負荷分散のための効率的なソリューションを提案します。

LVSはLinuxカーネルの一部になり、デフォルトでip_ vsモジュールとしてコンパイルされ、必要に応じて自動的に呼び出すことができます。CentOS 7システムでは、次の操作でip_ vsモジュールを手動でロードし、現在のシステムのip_vsモジュールのバージョン情報を表示できます。

modprobe ip_vs
cat /proc/net/ip_vs       #确认内核对LVS的支持

7、LVSロードスケジューリングアルゴリズム

7.1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）に順番に配信され、実際の接続数やサーバーの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。

7.2加重ラウンドロビン

• スケジューラーによって設定された重み値に従って要求を分散します。重み値が高いノードが最初にタスクを取得し、より多くの要求が割り当てられます。
• 強力なパフォーマンスを備えたサーバーがより多くのアクセストラフィックを処理できるようにします

7.3最小の接続

• 実サーバーが確立し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アクセス要求を優先します。

7.4加重最小接続

• サーバーノードのパフォーマンスが大きく異なる場合は、実サーバーの重みを自動的に調整できます。
• パフォーマンスが高いノードは、アクティブな接続負荷の割合が高くなります

8つのipvsadmツール

ipvsadm関数とオプションの説明

オプション	特徴
-A	仮想サーバーを追加する
-D	仮想サーバー全体を削除します
-s	ロードスケジューリングアルゴリズムを指定します（ポーリング：rr、加重ラウンドロビン：wrr、最小接続：lc、加重最小接続：wlc）
-a	実サーバー（ノードサーバー）を追加することを示します
-d	ノードを削除します
-t	VIPアドレスとTCPポートを指定します
-r	RIPアドレスとTCPポートを指定します
-m	NATクラスターモードの使用を示します
-g	DRモードの使用を示します
-私	TUNモードを使用する手段
-w	重みを設定します（重みが0の場合、ノードは一時停止されます）
-p 60	60秒間長い接続を維持する手段
-l	LVS仮想サーバーを一覧表示します（デフォルトではすべてを表示します）
-n	アドレス、ポート、その他の情報をデジタル形式で表示します。多くの場合、「-l」オプションと組み合わせて使用​​されます。ipvsadm -ln

LVS負荷分散クラスター（NATモード）展開実験
LVS負荷分散クラスター（DRモード）展開実験