第七章--LVS负载均衡群集

简介在各种互联网应用中，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，单台服务器将难以承担所有的访问。除了使用价格昂贵的大型机、专用负载分流设备以外，企业还有另外一种选择来解决难题，那就是构建集群服务器——通过整合多台相对廉价的普通服务器，以同一个地址对外提供相同的服务。本章将要学习在企业中最常用的一种群集技术——LVS（LinuxVirtualServer,Linux虚拟服务器）。本章重点:群集模式:NFS共享存储服务直接路由(DR)模式的负载均衡群集7.1LVS群集应用基础群集（或集群）的称呼来自于英文单词“Cluster”，表示一群、一串的意思，用在服务器领域则表示大量服务器的集合体，以区分于单个服务器。本节将对集群的结构、工作模式、LVS虚拟应用以及NFS共享存储做一个基础讲解。7.1.1集群技术概述根据实际企业环境的不同，群集所提供的功能也各不相同，采用的技术细节也可能各有千秋。然而从整体上来年，需要先了解一些关于群集的共性特征，这样才能在构建和维护群集的工作中做到心中有数，避免操作上的盲目性。1、群集的类型无论是哪种群集，都至少包括两台节点服务器，而对外表现为一个整体，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。根据群集所针对的目标差导，可以分为以下三种类型。负载均衡群集（LoadBalanceCluster）：以提高应用系统的响应能力，尽可能处理更多的访问要求，减少延迟为目标，获得高并发、高负载（LB）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（HighAvailablityCluster）:以提高应用系统的可靠性，尽可能的减少中断的时间为目标，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”等都属于高可用群集技术。HA的工作方式包括双工、主从两种模式——双工即所有系统同时在线；主从则只有主节点在线，但当出现故障时从节点能够自动切换为主节点。高性能运算群集（HighPerformanceComputerOluster）: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”“网络计算”也可视为高性能运算的一种。HPC的高性能依赖于“分布式运算”、“并行运算”，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机能力。不同类型的群集在必要时可以合并，例如高可用的负载均衡群集。本章和下一章将依次讲解LVS负载均衡群集、高可用软件Keepalived，以及两者的结合使用。2、分载均衡的分层结构在典型的负载均衡群集中，包括三个层次的组件，如图7.1所示。前端至少有一个负载调度器（LoadBalancer,或称为Director），负责响应并分发来自客户机的访问请求；后端由大量真实服务器（RealServer）构成服务器池（ServerPool），提供实际的应用服务，整个群集的伸缩性通过增加、删除服务器节点来完成，而这些过程对客户机是透明的；为了保持服务的一致性，所有节点使用共享存储设备。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（VirtualIP，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，HTTPFTP）由服务器池承担，其中的每个节点具有独立的RIP（RealIP，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（NetworkFileSystem，网络文件系统）共享服务的专用服务器。3、负载均衡的工作模式关于群集的负载调度技术，可以基于IP、端口、内容等进行分发，其中基于IP的负载调度是效率最高的。基于IP的负载均衡模式中，常见的有地址转换、IP隧道、直接路由三种工作模式，如图7.2所示。地址转换（NetworkAddressTranslation）：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（IPTunnel）：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lnternet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（DirectRouting）：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。以上三种工作模式中，NAT方式只需要一个公网IP地址，从而成为最易用的一种负载均衡模式，安全性也比较好，许多硬件负载均衡设备就是采用这种方式；相比较而言，DR模式和TUN模式的负载能力更加强大、适用范围更广，但节点的安全性能要稍差一些。7.1.2LVS虚拟服务器LinuxVirtualServer是针对Linux内核开发的一个负载均衡项目，由我国的章文嵩博士在1998年5月创建，官方站点位于。LVS实际上相当于基于IP地址的虚拟化应用，为基于IP地址和内容请求分发的负载均衡提出了一种高效的解决方法。LVS现在已成为Linux内核的一部分，默认编译为ip_vs模块，必要时能够自动调用。在RHEL6系统中，以下操作可以手动加载ip_vs模块，并查看当前系统中ip_vs模块的版本信息。[root@localhost~]#modprobeip_vs//加载ip_vs模块[root@localhost~]#cat/proc/net/ip_vs//查看ip_vs版本信息IPVirtualServerversion1.2.1(size=4096)ProtLocalAddress:PortSchedulerFlags-RemoteAddress:PortForwardWeightActiveConnInActConn下面将介绍LVS所支持的主要负载调度算法，以及在LVS负载均衡调度器上如何使用ipvsadm管理工具。1、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，其中最常用的四种得法包括：轮询、加权轮询、最少连接、加权最少连接。轮询（RoundRobin）:将收到的访问请求按照顺序轮流分配给群集中的各个节点（真实服务器），均等的对待每一台服务器，而不管服务器实际的连接数和系统负载。加权轮询（WeightedRoundRobin）: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。这样可以保证处理能力强的服务器承担更多的访问流量。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的均衡负载。加权最少连接（WeightedLeastConnections）: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，权得较高的节点将承担更大比例的活动连接负载。2、使用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，以及查看群集的运行。在RHEL6系统中，需要手动安装ipvsadm—1.25-9.e16.i686.rpm软件包。[root@localhost~]#cd/mnt/Server/Packages/[root@localhostPackages]#rpm-ivhipvsadm-1.25-9.el6.i686.rpm[root@localhostPackages]#ipvsadm-vipvsadmv1.252008/5/15(compiledwithpoptandIPVSv1.2.1)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、保存负载分配策略，下面分别展示使用ipvsadm命令的操作方法。1）创建虚拟服务器若群集的VIP地址为172.16.16.172，针对TCP80端口提供负载分流服务，使用的调度算法为轮询，则对应的ipvsadm命令操作如下所示。对于负载均衡调度器来说，VIP必须是本机实际已启用的IP地址。[root@localhost~]#ipvsadm-A-t172.16.16.172:80-srr上述操作中，选项-A表示添加虚拟服务器，-t用来指定VIP地址及TCP端口，-s用来指定负载调度算法——轮询（rr）、加权轮询（wrr）、最少连接(lc)、加权最少连接（wlc）。2）添加服务器节点为虚拟服务器172.16.16.172添加三个服务器节点，IP地址依次为192.168.7.21、192.168.7.22、192.168.7.23、192.168.7.24，对应的ipvsadm命令操作如下所示。若希望使用保持连接，还应添加“-p60”选项，其中60为保持时间（秒）。[root@localhost~]#ipvsadm-a-t172.16.16.172:80-r192.168.7.21:80-m-w1[root@localhost~]#ipvsadm-a-t172.16.16.172:80-r192.168.7.22:80-m-w1[root@localhost~]#ipvsadm-a-t172.16.16.172:80-r192.168.7.23:80-m-w1[root@localhost~]#ipvsadm-a-t172.16.16.172:80-r192.168.7.24:80-m-w1上述操作中，选项-a表示添加服务器、-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（-gDR模式、-ITUN模式），-w用来设置权后重（权重为0时表示暂停节点）。3）查看群集节点状态结合选项-L可以列表查看LVS虚拟服务器，可以指定只查看某一个VIP地址（默认为查看所有）结合选项-n将以数字形式显示地址、端口等信息。[root@localhost~]#ipvsadm-L-n//查看节点状态……TCP172.16.16.172:80rr-192.168.7.21:80Masq127-192.168.7.22:80Masq139-192.168.7.23:80Masq128-192.168.7.24:80Masq146[root@localhost~]#ipvsadm-Lnc//查看负载连接情况IPVSconnectionentriesproexpirestatesourcevirtualdestinationTCP01:51FIN_WAIT172.16.16.110:49712172.16.16.172:80192.168.7.21:80TCP01:52FIN_WAIT172.16.16.110:49720172.16.16.172:80192.168.7.22:80上述输出结果中