详述LVS负载均衡群集 （理论篇）

Posted 2021-03-22

企业群集应用概述

群集的含义

• Cluster，集群、群集
• 由多台主机构成，但对外只表现为一个整体

在互联网应用中，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，单台服务器力不从心

• 解决方法
  • 使用价格昂贵的小型机、大型机
  • 使用普通服务器构建群集

企业群集分类

根据群集针对的目标差异，可分为三种类型

• 负载均衡群集
• 高可用群集
• 高性能运算群集

负载均衡群集 (Load Balance Cluster)

• 以提高应用系统的影响能力、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

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
• HA的工作方式包括双工和主从两种模式

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
• 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

负载均衡群集工作模式分析

负载均衡群集是目前企业用得最多的群集类型

• 群集的负载调度技术有三种工作模式
  • 地址转换
  • IP隧道
  • 直接路由

NAT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

TUN模式

• 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

DR模式

• 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

负载均衡群集架构

负载均衡的结构

• 第一层，负载调度器(Load Balancer或Director)
• 第二层，服务器池(Server Pool)
• 第三层，共享存储(Share Storage)
  

关于LVS虚拟服务器

Linux Virtual Server

• 针对Linux内核的负载均衡解决方案
• 1998年5月，由我国的章文嵩博士创建

• 官方网站: http://www.linuxvirtualserver.org/

  [root@localhost ~]# modprobe ip_vs    //确认内核对LVS的支持
  [root@localhost ~]# cat /proc/net/ip_vs
  IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
  Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn

  LVS的负载调度算法

• 轮询(Round Robin)
  • 将收到的访问请求按照顺序轮流分配给群集中的各节点(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
• 加权轮询(Weighted Round Robin)
  • 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
  • 保证处理能力强的服务器承担更多的访问流量
• 最少连接(Least Connections)
  • 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

• 加权最少连接(Weighted L east Connections)

  • 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
  • 权重较高的节点将承担更大比例的活动连接负载

  使用ipvsadm工具

  LVS群集创建与管理

• 创建虚拟服务器
• 添加，删除服务器节点
• 查看群集及节点情况
• 保存负载分配策略