LVS 负载均衡群集

澜兮子2025-05-29 15:25

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群集的类型

负载均衡的分层结构​编辑

负载均衡的工作模式

LVS的负载调度算法

案例：

Web服务器配置

调度器配置

IP的配置

ipvsadm工具

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

设置调度器拥有路由转发功能

NFS共享存储服务

[安装 nfs-utils、rpcbind软件包](#安装 nfs-utils、rpcbind软件包)

关闭防火墙及系统内核

设置共享目录

启动服务及查看

web服务器挂载

群集的类型

  • **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、高负载的整体性能。例如，"DNS 轮询""应用层交换""反向代理"等都可用作负载均衡群集。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。
  • **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。例如，"故障切换""双机热备""多机热备"等都属于高可用群集技术。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。
  • **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。例如，"云计算""网格计算"也可视为高性能运算的一种。高性能运算群集的高性能依赖于"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。

负载均衡的分层结构

  • 第一层，负载调度器:这是访问整个群集系统的唯一入口，对外使用所有服务器共有的 VIP(Virtual IP，虚拟 IP)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。
  • 第二层，服务器池:群集所提供的应用服务(如HTTP、FTP)由服务器池承担，其中每个节点具有独立的 RIP(Real IP，真实 IP)地址，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。
  • 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。在 Linux/UNIX 环境中,共享存储可以使用 NAS 设备，或者提供NFS(NetworkFile System，网络文件系统)共享服务的专用服务器。

负载均衡的工作模式

  • **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。
  • **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。
  • **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。

LVS的负载调度算法

针对不同的网络服务和配置需要，LVS 调度器提供多种不同的负载调度算法，其中最常用的四种算法是轮询、加权轮询、最少连接和加权最少连接。

  • 轮询调度（Round Robin，RR）
    • 特点：将请求按顺序轮流分配到后端服务器，不考虑服务器的实际负载情况。
    • 适用场景：后端服务器性能相近，负载均衡需求简单的场景。
    • 优点：算法简单，易于实现。
    • 缺点：无法根据服务器的实时负载进行动态调整，可能导致负载不均。
  • 加权轮询调度（Weighted Round Robin，WRR）
    • 特点：为每台服务器分配一个权重，权重高的服务器接收更多的请求。
    • 适用场景：后端服务器性能差异较大，需要根据服务器能力分配流量的场景。
    • 优点：能够更好地反映服务器的处理能力，实现更合理的负载分配。
    • 缺点：权重需要人工配置，动态调整需要额外手段。
  • **最少连接(LeastConnections)：**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。如果所有的服务器节点性能相近，采用这种方式可以更好地均衡负载。
  • **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，调度器可以根据节点服务器负载自动调整权重，权重较高的节点将承担更大比例的活动连接负载。
  • 源地址哈希（Source Hashing，SH）
    • 特点：根据请求的源IP地址进行哈希计算，将同一源IP的请求分配到同一台后端服务器。
    • 适用场景：需要会话保持或缓存一致性，例如电商购物车、视频播放等场景。
    • 优点：能够保证同一客户端的请求始终分配到同一台服务器，提高缓存命中率。
    • 缺点：可能导致部分服务器负载过高，而其他服务器负载过低。
  • 目标地址哈希（Destination Hashing，DH）
    • 特点：根据请求的目标IP地址进行哈希计算，将同一目标IP的请求分配到同一台后端服务器。
    • 适用场景：需要针对特定目标IP进行负载均衡的场景。
    • 优点：能够保证同一目标IP的请求始终分配到同一台服务器，适用于缓存或数据库负载均衡。
    • 缺点：与源地址哈希类似，可能导致负载不均。

案例：

一台ipvsadm调度器、两台Web服务器、一台NFS共享存储服务、一台Win10

实验环境：调度器连接外网和内网（不需要网关） 两台Web网关指向内网网关

Web服务器配置

首先两台web服务器修改网关

复制代码 
[root@localhost ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33 
TYPE=Ethernet
PROXY_METHOD=none
BROWSER_ONLY=no
BOOTPROTO=static
IPADDR=192.168.10.102
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=192.168.10.101            #都指向101内网的网关
DNS1=114.114.114.114
DNS2=8.8.8.8
DEFROUTE=yes
IPV4_FAILURE_FATAL=no
IPV6INIT=yes
IPV6_AUTOCONF=yes
IPV6_DEFROUTE=yes
IPV6_FAILURE_FATAL=no
IPV6_ADDR_GEN_MODE=eui64
NAME=ens33
DEVICE=ens33
ONBOOT=yes     

[root@localhost ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33 
TYPE=Ethernet
PROXY_METHOD=none
BROWSER_ONLY=no
BOOTPROTO=static
IPADDR=192.168.10.103
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=192.168.10.101                #同上
DNS1=114.114.114.114
DNS2=8.8.8.8
DEFROUTE=yes
IPV4_FAILURE_FATAL=no
IPV6INIT=yes
IPV6_AUTOCONF=yes
IPV6_DEFROUTE=yes
IPV6_FAILURE_FATAL=no
IPV6_ADDR_GEN_MODE=eui64
NAME=ens33
DEVICE=ens33
ONBOOT=yes

两台web服务器下载httpd

复制代码 
[root@localhost ~]# dnf -y install httpd

编写网页代码

复制代码 
[root@localhost ~]# vim /var/www/html/index.html
222222222222222  #内容随便写 能区分是两个网站就管

[root@localhost ~]# vim /var/www/html/index.html
3333333333333333333

关闭防火墙以及系统内核

复制代码 
[root@localhost ~]# systemctl stop firewalld
[root@localhost ~]# setenforce 0

以上就是网站部分的配置

调度器配置

添加网卡，可以使用ip a查看网卡信息

复制代码 
[root@localhost ~]# ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 ::1/128 scope host noprefixroute 
       valid_lft forever preferred_lft forever
2: ens33: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc fq_codel state UP group default qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:14:79:90 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.10.101/24 brd 192.168.10.255 scope global noprefixroute ens33
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::20c:29ff:fe14:7990/64 scope link noprefixroute 
       valid_lft forever preferred_lft forever
3: ens37: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc fq_codel state UP group default qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:14:79:9a brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

IP的配置

复制代码 
[root@localhost ~]# cd /etc/sysconfig/network-scripts/    
[root@localhost network-scripts]# cp ifcfg-ens33 ifcfg-ens37            #将配置文件复制出来一份

ens33的配置

复制代码 
[root@localhost ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33
TYPE=Ethernet
PROXY_METHOD=none
BROWSER_ONLY=no
BOOTPROTO=static
IPADDR=192.168.10.101
NETMASK=255.255.255.0
#GATEWAY=192.168.10.254            #网关注释掉
DNS1=114.114.114.114
DNS2=8.8.8.8
DEFROUTE=yes
IPV4_FAILURE_FATAL=no
IPV6INIT=yes
IPV6_AUTOCONF=yes
IPV6_DEFROUTE=yes
IPV6_FAILURE_FATAL=no
IPV6_ADDR_GEN_MODE=eui64
NAME=ens33
DEVICE=ens33
ONBOOT=yes

ens37的配置

复制代码 
[root@localhost ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens37
TYPE=Ethernet
PROXY_METHOD=none
BROWSER_ONLY=no
BOOTPROTO=static
IPADDR=192.168.20.101        #ip
NETMASK=255.255.255.0
#GATEWAY=192.168.10.254        #注释掉
DNS1=114.114.114.114
DNS2=8.8.8.8
DEFROUTE=yes
IPV4_FAILURE_FATAL=no
IPV6INIT=yes
IPV6_AUTOCONF=yes
IPV6_DEFROUTE=yes
IPV6_FAILURE_FATAL=no
IPV6_ADDR_GEN_MODE=eui64
NAME=ens37                #id这里要改为自己
DEVICE=ens37              #同上
ONBOOT=yes

ipvsadm工具

复制代码 
[root@localhost ~]# dnf -y install ipvsadm            #下载

[root@localhost ~]# ipvsadm -v        #查看版本

创建虚拟服务器

复制代码 
[root@localhost ~]# ipvsadm -A -t 192.168.20.101:80 -s rr

添加服务器节点

复制代码 
[root@localhost ~]# ipvsadm -a -t 192.168.20.101:80 -r 192.168.10.102:80 -m -w 1
[root@localhost ~]# ipvsadm -a -t 192.168.20.101:80 -r 192.168.10.103:80 -m -w 2
  • -a表示添加真实服务器:
  • -t 用来指定 VIP 地址及 TCP 端口:
  • -r用来指定 RIP 地址及 TCP 端口;
  • -m表示使用 NAT 群集模式(-g DR 模式和-ī TUN 模式);
  • -w 用来设置权重(权重为0时表示暂停节点)。

查看群集节点状态

复制代码 
[root@localhost ~]# ipvsadm -ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  192.168.20.101:80 rr
  -> 192.168.10.102:80            Masq    1      0          0         
  -> 192.168.10.103:80            Masq    2      0          0

删除服务器节点

复制代码 
[root@localhost ~]# ipvsadm -d -r 192.168.10.102:80 -t 192.168.20.101:80

需要删除整个虚拟服务器时，使用选项-D并指定虚拟IP地址即可，无须指定节点。例如，若执行"ipvsadm -D-t 172.16.16.172:80"，则删除此虚拟服务器。

设置调度器拥有路由转发功能

复制代码 
[root@localhost ~]# vim /etc/sysctl.conf
kernel.sysrq = 0
net.ipv4.ip_forward = 1                    #将这个改成1
net.ipv4.conf.all.send_redirects = 0
net.ipv4.conf.default.send_redirects = 0
net.ipv4.conf.all.accept_source_route = 0
net.ipv4.conf.default.accept_source_route = 0
net.ipv4.conf.all.accept_redirects = 0
net.ipv4.conf.default.accept_redirects = 0
net.ipv4.conf.all.secure_redirects = 0
net.ipv4.conf.default.secure_redirects = 0
net.ipv4.icmp_echo_ignore_broadcasts = 1
net.ipv4.icmp_ignore_bogus_error_responses = 1
net.ipv4.conf.all.rp_filter = 1
net.ipv4.conf.default.rp_filter = 1
net.ipv4.tcp_syncookies = 1
kernel.dmesg_restrict = 1
net.ipv6.conf.all.accept_redirects = 0
net.ipv6.conf.default.accept_redirects = 0

[root@localhost ~]# sysctl -p        #重载sysctl.conf

NFS共享存储服务

NFS 是一种基于 TCP/IP 传输的网络文件系统协议，最初由Sun 公司开发通过使用 NFS协议，客户机可以像访问本地目录一样访问远程服务器中的共享资源。对于大多数负载均衡群集来说，使用 NFS协议来共享数据存储是比较常见的做法，NFS也是NAS存储设备必然支持的一种协议。

安装 nfs-utils、rpcbind软件包

复制代码 
[root@localhost ~]# dnf -y install nfs-utils rpcbind

关闭防火墙及系统内核

复制代码 
[root@localhost ~]# systemctl stop firewalld
[root@localhost ~]# setenforce 0

设置共享目录

复制代码 
[root@localhost ~]# mkdir /opt/wwwroot

[root@localhost ~]# vim /etc/exports            #设置权限
/opt/wwwroot 192.168.10.0/24(rw,sync,no_root_squash)

其中客户机地址可以是主机名、IP 地址、网段地址，允许使用*、?通配符:权限选项中的rw表示允许读写(ro为只读)，sync表示同步写入，no root squash 表示当客户机以 root 身份访问时赋予本地 root 权限(默认是 root squash，将作为 nfsnobody 用户降权对待)。

当需要将同一个目录共享给不同的客户机，且分配不同的权限时，只要以空格分隔指定多个"客户机(权限选项)"即可。例如，以下操作将/var/ftp/public目录共享给两个客户机，并分别给予只读、读写权限。

启动服务及查看

复制代码 
[root@localhost ~]# systemctl start nfs
[root@localhost ~]# systemctl start rpcbind
[root@localhost ~]# netstat -anpt |grep rpc
tcp        0      0 0.0.0.0:56305           0.0.0.0:*               LISTEN      2068/rpc.statd      
tcp        0      0 0.0.0.0:111             0.0.0.0:*               LISTEN      2072/rpcbind        
tcp        0      0 0.0.0.0:20048           0.0.0.0:*               LISTEN      2082/rpc.mountd     
tcp6       0      0 :::56071                :::*                    LISTEN      2068/rpc.statd      
tcp6       0      0 :::111                  :::*                    LISTEN      2072/rpcbind        
tcp6       0      0 :::20048                :::*                    LISTEN      2082/rpc.mountd

web服务器挂载

复制代码 
[root@localhost ~]# mount 192.168.10.104:/opt/wwwroot /var/www/html
mount: (hint) your fstab has been modified, but systemd still uses
       the old version; use 'systemctl daemon-reload' to reload.
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