目录

一、LVS集群基本介绍

1、集群是什么？

2、集群的类型

①负载均衡集群

②高可用群集

③高性能运算群集

3、负载均衡集群的结构

第一层，负载调度器

第二层，服务器池

第三层，共享存储

4、LVS负载均衡集群的三种工作模式

①NAT地址转换模式

②DR直接路由模式

③TUNNEL隧道模式

5、LVS是什么？

6、LVS的负载调度算法

①rr：轮询（Round Robin）

②wrr：加权轮询（Weighted Round Robin）

③dh：目的地址哈希调度（destination hashing）

④sh：源地址哈希调度（source hashing）

⑤lc：最小连接数调度（ Least Connections）

⑥wlc：加权最小连接数调度（Weighted Least Connections）

⑦lblc：基于地址的最小连接数调度(locality-based least-connection)

7、LVS的功能组织架构

①应用于高访问量的业务

②扩展应用程序

③消除单点故障

④同城容灾（多可用容灾区）

8、ipvsadm管理工具

9、集群设计原则

①可扩展性 集群的横向扩展能力

②可用性 无故障时间

③性能 访问响应时间

④容量 单位时间内的最大并发吞吐量

二、集群与分布式

1、分布式系统

2、集群与分布式介绍

三、实验：LVS负载均衡群集部署——NAT模式

第一步：搭建代理服务器pc1

第二步：配置web1 pc3 web2 pc4

第三步：配置nfs服务器pc5

第四步：用代理服务器来测试

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一、LVS集群基本介绍

1、集群是什么？

Cluster，集群，群集

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地址），相当于一台大型计算机。

2、集群的类型

①负载均衡集群

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，将来自客户机的访问请求分担给多个服务器节点，从而缓解整个系统的负载压力。例如，“DNS轮询”反向代理等。

②高可用群集

提高应用系统的可靠性，尽可能的减少中断时间为目标，确保服务的连续性，达到高可用的容错效果。

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。

③高性能运算群集

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”

3、负载均衡集群的结构

第一层，负载调度器

访问整个群集系统的唯一出口，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。（负载均衡层）

第二层，服务器池

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。（web应用层）

第三层，共享存储

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。

4、LVS负载均衡集群的三种工作模式

①NAT地址转换模式

都走LVS，调度器有瓶颈

network address translation

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。

②DR直接路由模式

最常用！所有主机共享vip地址，不原路返回LVS调度器。web服务器在同一网段。

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。

③TUNNEL隧道模式

需要购买公网地址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。

各个工作模式的比较：

5、LVS是什么？

LVS集群（Linux virtual server）负载调度器，内核集成，阿里的四层SLB也是基于LVS+keeplive实现。

LVS 官网：http://www.linuxvirtualserver.org/
阿里SLB和LVS：https://yq.aliyun.com/articles/1803、https://github.com/alibaba/LVS

整个slb系统由三部分构成：四层负载均衡，七层负载均衡和控制系统。

四层负载均衡 ，采用开源软件LVS (linux virtual server)，并根据云计算需求对其进行了定制化;该技术已经在阿里巴巴内部业务全面上线应用2年;

七层负载均衡，采用开源软件Tengine;该技术已经在阿里巴巴内部业务全面上线应用3年多;·控制系统，用于配置和监控负载均衡系统;

工作原理：

VS根据请求报文的目标IP和目标协议及端口将其调度转发至某RS，根据调度算法来挑选RS。LVS是内核级功能，工作在INPUT链的位置，将发往INPUT的流量进行“处理”

VS：Virtual Server，Director Server(DS), Dispatcher(调度器)，Load Balancer（lvs服务器）

RS：Real Server(lvs), upstream server(nginx), backend server(haproxy)（真实服务器）

CIP：Client IP（客户机IP）

VIP：Virtual serve IP VS外网的IP

DIP：Director IP VS内网的IP

RIP：Real server IP （真实IP）

6、LVS的负载调度算法

固定调度算法

①rr：轮询（Round Robin）

将收到的访问请求安装顺序轮流分配给群集指定各节点（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。

②wrr：加权轮询（Weighted Round Robin）

依据不同RS的权值分配任务。权重值较高的RS将优先获得任务，并且分配到的连接数将比权值低的RS更多。相同权值的RS得到相同数目的连接数。
保证性能强的服务器承担更多的访问流量。

③dh：目的地址哈希调度（destination hashing）

以目的地址为关键字查找一个静态hash表来获得所需RS。

④sh：源地址哈希调度（source hashing）

以源地址为关键字查找--个静态hash表来获得需要的RS。

⑤lc：最小连接数调度（ Least Connections）

ipvs表存储了所有活动的连接。LB会比较将连接请求发送到当前连接最少的RS。
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。
动态调度算法

⑥wlc：加权最小连接数调度（Weighted Least Connections）

假设各台RS的权值依次为Wi，当前tcp连接数依次为Ti，依次取Ti/Wi为最小的RS作为下一个分配的RS。

⑦lblc：基于地址的最小连接数调度(locality-based least-connection)

将来自同一个目的地址的请求分配给同一台RS，此时这台服务器是尚未满负荷的。否则就将这个请求分配给连接数最小的RS，并以它作为下一次分配的首先考虑。

7、LVS的功能组织架构

负载均衡的应用场景为高访问量的业务，提高应用程序的可用性和可靠性。

①应用于高访问量的业务

如果您的应用访问量很高，可以通过配置监听规则将流量分发到不同的云服务器 ECS（Elastic Compute Service 弹性计算服务）实例上。此外，可以使用会话保持功能将同一客户端的请求转发到同一台后端ECS

②扩展应用程序

可以根据业务发展的需要，随时添加和移除ECS实例来扩展应用系统的服务能力，适用于各种Web服务器和App服务器。

③消除单点故障

可以在负载均衡实例下添加多台ECS实例。当其中一部分ECS实例发生故障后，负载均衡会自动屏蔽故障的ECS实例，将请求分发给正常运行的ECS实例，保证应用系统仍能正常工作

④同城容灾（多可用容灾区）

为了提供更加稳定可靠的负载均衡服务，阿里云负载均衡已在各地域部署了多可用区以实现同地域容灾。当主可用区出现机房故障或不可用时，负载均衡仍然有能力在非常短的时间内（如：大约30s中断）切换到另外一个备可用区恢复服务能力；当主可用区恢复时，负载均衡同样会自动切换到主可用区提供服务。

使用负载均衡时，您可以将负载均衡实例部署在支持多可用区的地域以实现同城容灾。此外，建议您结合自身的应用需要，综合考虑后端服务器的部署。如果您的每个可用区均至少添加了一台ECS实例，那么此种部署模式下的负载均衡服务的效率是最高的。

8、ipvsadm管理工具

ipvsadm 是在负载调度器上使用的 LVS 群集管理工具，通过调用 ip_vs 模块来添加、删除服务器节点 ，以及查看集群运行状态，在CentOS 7系统中，需安装软件包

[root@localhost ~]# yum -y install ipvsadm 
[root@localhost ~]# ipvsadm -v 
ipvsadm v1.27 2008/5/15 (compiled with popt and IPVS v1.2.1)

LVS 群集的管理工作主要包括创建虚拟服务器、添加服务器节点、查看群集节点状态、 删除服务器节点和保存负载分配策略。

ipvsadm工具选项说明：

选项	解释
-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

9、集群设计原则

①可扩展性 集群的横向扩展能力

②可用性 无故障时间

③性能 访问响应时间

④容量 单位时间内的最大并发吞吐量

二、集群与分布式

1、分布式系统

分布式存储： 将数据分散存储在多台独立的设备上 。Ceph，GlusterFS，FastDFS，MogileFS

分布式计算： 将该应用分解成许多小的部分，分配给多台计算机进行处理。 hadoop，Spark

分布式常见应用

分布式应用-服务按照功能拆分，使用微服务（单一应用程序划分成一组小的服务，服务之间互相协调、互相配合，为用户提供最终价值服务）

分布式静态资源--静态资源放在不同的存储集群上

分布式数据和存储--使用key-value缓存系统

分布式计算--对特殊业务使用分布式计算，比如Hadoop集群

2、集群与分布式介绍

集群：同一个业务系统，部署在多台服务器上。集群中，每一台服务器实现的功能没有差别，数据和代码都是一样的。

分布式：一个业务被拆成多个子业务，或者本身就是不同的业务，部署在多台服务器上。分布式中，每一台服务器实现的功能是有差别的，数据和代码也是不一样的，分布式每台服务器功能加起来，才是完整的业务。
 

三、实验：LVS负载均衡群集部署——NAT模式

pc1代理服务器192.168.170.111 12.0.0.0.1

pc3 pc4 web服务192.168.170.113 192.168.170.114

pc5 nfs服务器

第一步：搭建代理服务器pc1

1. #关闭防火墙
systemctl stop firewalld
setenforce 0
 
2. #安装ipvsadm
yum install ipvsadm.x86_64 -y
 
3. #打开路由转发功能
vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward = 1 
sysctl -p
 
4. #防火墙做策略
#清空策略
iptables -F
#添加策略
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.79.0/24 -o ens36 -j SNAT --to 12.0.0.1
#查看策略
iptables -nL -t nat
 
5. #加载LVS内核模块
modprobe ip_vs
cat /proc/net/ip_vs
 
6. #开启ipvsadm服务
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
systemctl start ipvsadm.service
 
7. #清空策略
ipvsadm -C
 
8. #制定策略
#指定IP地址 外网的入口  -s rr  轮询
ipvsadm -A -t 12.0.0.1:80 -s rr
#先指定虚拟服务器再添加真实服务器地址，-r:真实服务器地址 -m指定nat模式
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.79.220:80 -m
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.79.230:80 -m
#开启服务
ipvsadm
 
9. 查看策略
ipvsadm -ln

第二步：配置web1 pc3 web2 pc4

1. #关闭防火墙
systemctl stop firewalld
setenforce 0
 
2. #安装httpd、nfs-utils和rpcbind程序
yum install -y httpd
yum install nfs-utils rpcbind -y
 
3. #查看nfs服务
showmount -e 192.168.79.210
 
4. #挂载站点
#法一：临时挂载
df
cat /var/www/html/index.html
mount 192.168.79.210:/opt/zhuo /var/www/html/
#法二：永久挂载
vim /etc/fstab
192.168.79.210:/opt/zhuo/  /var/www/html/        nfs     defaults,_netdev 0 0 
mount -a
 
5. #开启httpd服务并设置开机自启动
systemctl start httpd
systemctl enable httpd
 
6. #指定网关
vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33 
GATEWAY=192.168.79.240
#DNS1=8.8.8.8
 
7. #重启网络服务
systemctl restart network

1. #关闭防火墙
systemctl stop firewalld
setenforce 0
 
2. #安装httpd、nfs-utils和rpcbind程序
yum install -y httpd
yum install nfs-utils rpcbind -y
 
3. #查看nfs服务
showmount -e 192.168.79.210
 
4. #挂载站点
#法一：临时挂载
df
cat /var/www/html/index.html
mount 192.168.79.210:/opt/lmz /var/www/html/
#法二：永久挂载
vim /etc/fstab
192.168.79.210:/opt/lmz/  /var/www/html/        nfs     defaults,_netdev 0 0 
mount -a
 
5. #开启httpd服务并设置开机自启动
systemctl start httpd
systemctl enable httpd
 
6. #指定网关
vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33 
GATEWAY=192.168.79.240
#DNS1=8.8.8.8
 
7. #重启网络服务
systemctl restart network

第三步：配置nfs服务器pc5

1. #关闭防火墙
systemctl stop firewalld
setenforce 0
 
2. #安装nfs服务
yum install nfs-utils rpcbind -y
 
3. #新建目录，并创建站点文件
cd /opt/
mkdir zhuo lmz
echo "this is zhuo" > zhuo/index.html
echo "this is lmz" > lmz/index.html
 
4. #开启服务
systemctl start rpcbind
systemctl start nfs
 
5. #授权
chmod 777 zhuo/ lmz/
 
6. #设置共享策略
vim /etc/exports
/opt/zhuo 192.168.79.0/24(rw,sync)
/opt/lmz 192.168.79.0/24(rw,sync)
 
7. #发布服务
exportfs -rv

第四步：用代理服务器来测试

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