集群,为解决某个特定问题将多台计算机组合起来造成的单个系统。
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异,数据和代码都是同样的。html
LB: Load Balancing,负载均衡
HA: High Availiablity,高可用, SPOF(single Point Of failure)
MTBF:Mean Time Between Failure 平均无端障时间
MTTR:Mean Time To Restoration(repair)平均恢复前时间
A=MTBF/(MTBF+MTTR) (0,1): 99%, 99.5%, 99.9%, 99.99%, 99.999%
HPC: High-performance computing,高性能 前端
一个业务被拆成多个子业务,或者自己就是不一样的业务,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异的,数据和代码也是不同的,分布式每台服务器功能加起来,才是完整的业务。linux
分布式是以缩短单个任务的执行时间来提高效率的,而集群则是经过提升单位时间内执行的任务数来提高效率。nginx
LVS,Linux Virtual Server即“Linux虚拟服务器”。
经过LVS能够实现负载均衡集群方案,它是一个针对Linux内核开发的一个负载均衡项目。基于IP地址和内容请求分发的高效的负载均衡解决方法,现已为 Linux 内核的一部分,默认编译为ip_vs模块。 web
LVS的抗并发能力强,主要用于服务器集群的负载均衡。它工做在网络层,能够实现高性能,高可用的服务器集群技术。它廉价,可把许多低性能的服务器组合在一块儿造成一个超级服务器。它易用,配置很是简单,且有多种负载均衡的方法。它稳定可靠,即便在集群的服务器中某台服务器没法正常工做,也不影响总体效果。另外可扩展性也很是好。 算法
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RSapache
CIP <--> VIP <--> DIP <--> RIPvim
[root@CentOS ~]# grep -i -A 10 "IPVS" /boot/config-3.10.0-862.el7.x86_64 # IPVS transport protocol load balancing support CONFIG_IP_VS_PROTO_TCP=y # 开启tcp CONFIG_IP_VS_PROTO_UDP=y # 开启udp CONFIG_IP_VS_PROTO_AH_ESP=y CONFIG_IP_VS_PROTO_ESP=y CONFIG_IP_VS_PROTO_AH=y CONFIG_IP_VS_PROTO_SCTP=y # IPVS scheduler # 默认支持的算法 CONFIG_IP_VS_RR=m CONFIG_IP_VS_WRR=m CONFIG_IP_VS_LC=m CONFIG_IP_VS_WLC=m CONFIG_IP_VS_LBLC=m CONFIG_IP_VS_LBLCR=m CONFIG_IP_VS_DH=m CONFIG_IP_VS_SH=m CONFIG_IP_VS_SED=m
本质是多目标IP的DNAT,经过将请求报文中的目标地址和目标端口修改成某挑出的RS的RIP和PORT实现转发。
(1) RIP和DIP应在同一个IP网络,且应使用私网地址; RS的网关要指向DIP
(2)请求报文和响应报文都必须经由Director转发, Director易于成为系统瓶颈
(3)支持端口映射,可修改请求报文的目标PORT
(4) VS必须是Linux系统, RS能够是任意OS系统后端
Direct Routing,直接路由,LVS默认模式,应用最普遍,经过为请求报文从新封装一个MAC首部进行转发,源MAC是DIP所在的接口的MAC,目标MAC是某挑选出的RS的RIP所在接口的MAC地址;源IP/PORT,以及目标IP/PORT均保持不变
(1) Director和各RS都配置有VIP
(2) 确保前端路由器将目标IP为VIP的请求报文发往Director 缓存
(3)RS的RIP可使用私网地址,也能够是公网地址;RIP与DIP在同一IP网络;RIP的网关不能指向DIP,以确保响应报文不会经由Director
(4)RS和Director要在同一个物理网络
(5)请求报文要经由Director,但响应报文不经由Director,而由RS直接发往Client
(6)不支持端口映射(端口不能修败)
(7)RS可以使用大多数OS系统
转发方式:不修改请求报文的IP首部(源IP为CIP,目标IP为VIP),而在原IP报文以外再封装一个IP首部(源IP是DIP,目标IP是RIP),将报文发往挑选出的目标RS;RS直接响应给客户端(源IP是VIP,目标IP是CIP)
(1) DIP, VIP, RIP都应该是公网地址
(2) RS的网关通常不能指向DIP
(3) 请求报文要经由Director,但响应不经由Director
(4) 不支持端口映射
(5) RS的OS须支持隧道功能
经过同时修改请求报文的源IP地址和目标IP地址进行转发
CIP --> DIP
VIP --> RIP
(1) VIP是公网地址,RIP和DIP是私网地址,且一般不在同一IP网络;所以,RIP的网关通常不会指向DIP
(2) RS收到的请求报文源地址是DIP,所以,只需响应给DIP;但Director还要将其发往Client
(3) 请求和响应报文都经由Director
(4) 支持端口映射
[root@CentOS7-2 ~]#yum install -y ipvsadm
[root@CentOS7-2 ~]#rpm -ql ipvsadm /etc/sysconfig/ipvsadm-config # 配置文件 /usr/sbin/ipvsadm # 主程序 /usr/sbin/ipvsadm-restore # 规则重载工具 /usr/sbin/ipvsadm-save # 规则保存工具
ipvsadm -A|E -t|u|f service-address [-s scheduler] [-p [timeout]]
ipvsadm -D -t|u|f service-address
-A:定义集群,能够定义多组集群进行调度
-E:修改定义的集群
-t: TCP协议的端口,VIP:TCP_PORT
-u: UDP协议的端口,VIP:UDP_PORT
-f:firewall MARK,标记,一个数字
service-address:VIP地址
[-s scheduler]:指定集群的调度算法,默认为wlc
[-p [timeout]]:持久绑定时间
-D:删除集群
ipvsadm -a|e -t|u|f service-address -r server-address [-g|i|m] [-w weight]
ipvsadm -d -t|u|f service-address -r server-address
-a:添加集群成员Real-server
-e:修改集群成员选项
-r:后端Real-server地址
-g:DR模式
-i:TUN模式
-m:NAT模式,假装
[-w weight]:权重,默认为1
-d:删除集群成员
[root@CentOS7-2 ~]#ipvsadm -C
[root@CentOS7-2 ~]#ipvsadm -Z [-t|u|f service-address]
ipvsadm -L|l [options] --numeric, -n:以数字形式输出地址和端口号 --exact:扩展信息,精确值 --connection,-c:当前IPVS链接输出 --stats:统计信息 --rate:输出速率信息
建议保存至/etc/sysconfig/ipvsadm 1. ipvsadm-save > /PATH/TO/IPVSADM_FILE 2. ipvsadm -S > /PATH/TO/IPVSADM_FILE 3. systemctl stop ipvsadm.service
1. ipvsadm-restore < /PATH/FROM/IPVSADM_FILE 2. ipvsadm -R < /PATH/FROM/IPVSADM_FILE 3. systemctl restart ipvsadm.service
主机名 | IP地址 |
---|---|
Client | 172.22.58.131 |
LVS | 172.22.58.150、192.168.36.104 |
RS1 | 192.168.36.110 |
RS2 | 192.168.36.120 |
Client
[root@Client ~]# route -n Kernel IP routing table Destination Gateway Genmask Flags Metric Ref Use Iface 172.22.0.0 0.0.0.0 255.255.0.0 U 1 0 0 eth0 0.0.0.0 172.22.58.150 0.0.0.0 UG 0 0 0 eth0
Route
[root@LVS ~]#route -n Kernel IP routing table Destination Gateway Genmask Flags Metric Ref Use Iface 172.22.0.0 0.0.0.0 255.255.0.0 U 0 0 0 ens37 192.168.36.0 0.0.0.0 255.255.255.0 U 0 0 0 ens33 # 开启路由转发功能 [root@LVS ~]#vim /etc/sysctl.conf net.ipv4.ip_forward = 1 [root@LVS ~]#sysctl -p net.ipv4.ip_forward = 1
RS1
[root@RS1 ~]#route -n Kernel IP routing table Destination Gateway Genmask Flags Metric Ref Use Iface 0.0.0.0 192.168.36.104 0.0.0.0 UG 0 0 0 ens33 192.168.36.0 0.0.0.0 255.255.255.0 U 0 0 0 ens33
RS2
[root@RS2 ~]# route -n Kernel IP routing table Destination Gateway Genmask Flags Metric Ref Use Iface 192.168.36.0 0.0.0.0 255.255.255.0 U 1 0 0 eth0 0.0.0.0 192.168.36.104 0.0.0.0 UG 0 0 0 eth0
[root@RS1 ~]#yum install -y httpd .... [root@RS1 ~]#systemctl restart httpd
[root@RS1 ~]#echo "<h1>Real Server 110</h1>" >/var/www/html/index.html [root@RS2 ~]#echo "<h1>Real Server 120</h1>" >/var/www/html/index.html
# 安装规则 [root@LVS ~]#yum install -y ipvsadm # 配置规则 [root@LVS ~]#ipvsadm -A -t 172.22.58.150:80 -s wrr [root@LVS ~]#ipvsadm -Ln IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096) Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags -> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn TCP 172.22.58.150:80 wrr [root@LVS ~]#ipvsadm -a -t 172.22.58.150:80 -r 192.168.36.110 -m [root@LVS ~]#ipvsadm -a -t 172.22.58.150:80 -r 192.168.36.120 -m [root@LVS ~]#ipvsadm -Ln IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096) Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags -> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn TCP 172.22.58.150:80 wrr -> 192.168.36.110:80 Masq 1 0 0 -> 192.168.36.120:80 Masq 1 0 0
[root@Client ~]# while true;do curl http://172.22.58.150;sleep 0.5 ;done <h1>Real Server 110</h1> <h1>Real Server 120</h1> <h1>Real Server 110</h1> <h1>Real Server 120</h1> ....
[root@LVS ~]#ipvsadm -e -t 172.22.58.150:80 -r 192.168.36.110 -m -w 2 [root@LVS ~]#ipvsadm -Ln IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096) Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags -> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn TCP 172.22.58.150:80 wrr -> 192.168.36.110:80 Masq 2 0 0 -> 192.168.36.120:80 Masq 1 0 0 [root@Client ~]# while true;do curl http://172.22.58.150;sleep 0.5 ;done <h1>Real Server 120</h1> <h1>Real Server 110</h1> <h1>Real Server 110</h1> <h1>Real Server 120</h1> <h1>Real Server 110</h1> <h1>Real Server 110</h1>
主机名 | IP地址 |
---|---|
Client | 172.22.58.113 |
Route | 172.22.58.150、192.168.36.104 |
LVS | 192.168.36.106 |
RS1 | 192.168.36.110 |
RS2 | 192.168.36.120 |
Client
[root@Client ~]# route -n Kernel IP routing table Destination Gateway Genmask Flags Metric Ref Use Iface 172.22.0.0 0.0.0.0 255.255.0.0 U 1 0 0 eth0 0.0.0.0 172.22.58.150 0.0.0.0 UG 0 0 0 eth0
Route
[root@Route ~]#route -n Kernel IP routing table Destination Gateway Genmask Flags Metric Ref Use Iface 172.22.0.0 0.0.0.0 255.255.0.0 U 0 0 0 ens37 192.168.36.0 0.0.0.0 255.255.255.0 U 0 0 0 ens33 # 开启路由转发功能 [root@Route ~]#vim /etc/sysctl.conf net.ipv4.ip_forward = 1 [root@Route ~]#sysctl -p net.ipv4.ip_forward = 1
LVS
[root@LVS ~]#route -n Kernel IP routing table Destination Gateway Genmask Flags Metric Ref Use Iface 0.0.0.0 192.168.36.104 0.0.0.0 UG 0 0 0 ens33 192.168.36.0 0.0.0.0 255.255.255.0 U 0 0 0 ens33
RS1
[root@RS1 ~]#route -n Kernel IP routing table Destination Gateway Genmask Flags Metric Ref Use Iface 0.0.0.0 192.168.36.104 0.0.0.0 UG 0 0 0 ens33 192.168.36.0 0.0.0.0 255.255.255.0 U 0 0 0 ens33
RS2
[root@RS2 ~]# route -n Kernel IP routing table Destination Gateway Genmask Flags Metric Ref Use Iface 192.168.36.0 0.0.0.0 255.255.255.0 U 1 0 0 eth0 0.0.0.0 192.168.36.104 0.0.0.0 UG 0 0 0 eth0
分别在RS一、RS2上执行此脚本
[root@RS1 ~]#vim lvs_dr_rs.sh #!/bin/bash vip=192.168.36.200 mask='255.255.255.255' dev=lo:1 rpm -q httpd &> /dev/null || yum -y install httpd &>/dev/null service httpd start &> /dev/null && echo "The httpd Server is Ready!" echo "<h1>Real Server 110</h1>" > /var/www/html/index.html case $1 in start) echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce ifconfig $dev $vip netmask $mask #broadcast $vip up #route add -host $vip dev $dev echo "The RS Server is Ready!" ;; stop) ifconfig $dev down echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce echo "The RS Server is Canceled!" ;; *) echo "Usage: $(basename $0) start|stop" exit 1 ;; esac [root@RS2 ~]# bash ./lvs_dr_rs.sh start The httpd Server is Ready! The RS Server is Ready!
[root@LVS ~]#vim lvs_dr_vs.sh #!/bin/bash vip='192.168.36.200' iface='lo:1' mask='255.255.255.255' port='80' rs1='192.168.36.110' rs2='192.168.36.120' scheduler='wrr' type='-g' # rpm -q ipvsadm &> /dev/null || yum -y install ipvsadm &> /dev/null case $1 in start) ifconfig $iface $vip netmask $mask #broadcast $vip up iptables -F ipvsadm -A -t ${vip}:${port} -s $scheduler ipvsadm -a -t ${vip}:${port} -r ${rs1} $type -w 1 ipvsadm -a -t ${vip}:${port} -r ${rs2} $type -w 1 echo "The VS Server is Ready!" ;; stop) ipvsadm -C ifconfig $iface down echo "The VS Server is Canceled!" ;; *) echo "Usage: $(basename $0) start|stop" exit 1 ;; esac 执行脚本,生成规则 [root@LVS ~]#bash ./lvs_dr_vs.sh start The VS Server is Ready!
[root@LVS ~]#ipvsadm -Ln IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096) Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags -> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn TCP 192.168.36.200:80 wrr -> 192.168.36.110:80 Route 1 0 0 -> 192.168.36.120:80 Route 1 0 0
[root@Client ~]# while true;do curl http://192.168.36.200;sleep 0.5 ;done <h1>Real Server 110</h1> <h1>Real Server 120</h1> <h1>Real Server 110</h1> <h1>Real Server 120</h1> <h1>Real Server 110</h1> <h1>Real Server 120</h1> ....
[root@LVS ~]#ipvsadm -e -t 192.168.36.200:80 -r 192.168.36.120 -g -w 3 [root@Client ~]# while true;do curl http://192.168.36.200;sleep 0.5 ;done <h1>Real Server 110</h1> <h1>Real Server 120</h1> <h1>Real Server 120</h1> <h1>Real Server 120</h1> <h1>Real Server 110</h1> <h1>Real Server 120</h1> <h1>Real Server 120</h1> <h1>Real Server 120</h1> ....
借助于防火墙标记来分类报文,然后基于标记定义集群服务;可将多个不一样的应用使用同一个集群服务进行调度。
清空ipvsadm配置
[root@LVS ~]#ipvsadm -C [root@LVS ~]#ipvsadm -Ln IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096) Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags -> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
设置防火墙标记位
[root@LVS ~]#iptables -t mangle -A PREROUTING -d 192.168.36.104 -p tcp -m multiport --dports 80,443 -j MARK --set-mark 10 [root@LVS ~]#iptables -vnL -t mangle Chain PREROUTING (policy ACCEPT 105 packets, 7292 bytes) pkts bytes target prot opt in out source destination 0 0 MARK tcp -- * * 0.0.0.0/0 192.168.36.104 multiport dports 80,443 MARKset 0xa # MARK 用于给特定的报文打标记 # --set-mark value # 其中:value 可为0xffff格式,表示十六进制数字
根据标记位配置ipvsadm调度规则
[root@LVS ~]#ipvsadm -A -f 10 -s wrr [root@LVS ~]#ipvsadm -Ln IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096) Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags -> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn FWM 10 wrr [root@LVS ~]#ipvsadm -a -f 10 -r 192.168.36.110 -m [root@LVS ~]#ipvsadm -a -f 10 -r 192.168.36.120 -m [root@LVS ~]#ipvsadm -Ln IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096) Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags -> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn FWM 10 wrr -> 192.168.36.110:0 Masq 1 0 0 -> 192.168.36.120:0 Masq 1 0 0
session绑定:对共享同一组RS的多个集群服务,须要统一进行绑定,LVS SH算法没法实现。
持久链接( lvs persistence )模板:实现不管使用任何调度算法,在一段时间内(默认360s ),可以实现未来自同一个地址的请求始终发往同一个RS
ipvsadm -A|E -t|u|f service-address [-s scheduler] [-p [timeout]]
持久链接实现方式:
[root@LVS ~]#ipvsadm -E -f 10 -s wrr -p # -p:持久链接绑定,单位/s,默认为360s