负载均衡集群介绍

  • 实现负载均衡集群的软件有：LVS、keepalived、Nginx、haproxy等。其中LVS属于四层（网络OSI模型）；Nginx 属于七层；haproxy既可以认为是四层，也可以当作是七层使用。

  • keepalived 的负载均衡功能其实就是lvs

  • LVS、haproxy这种四层负载均衡可以分发除80端口以外的通信，如mysql-3306；而nginx 仅仅支持http，https，mail。

  • 相对来说，LVS 这种四层的更加稳定，能承受更多的请求，而nginx 这种七层的更加灵活，能实现更多的个性化需求。

LVS 介绍

  • LVS 是由中国人章文嵩开发的
  • 流行度不亚于apache的httpd，基于TCP/IP做的路由和转发，稳定性和效率很高
  • LVS 最新版本基于Linux 内核2.6，有好多年不更新了
  • LVS 有三种常见的模式：NAT、DR、IP Tunnel
  • LVS 架构中有一个核心角色叫做分发器（Load balancer），它用来分发用户的请求，还有诸多处理用户请求的服务器（Real Sever，简称rs）

LVS NAT 模式

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  • 这种模式借助iptables的nat表来实现

  • 用户的请求到分发器后，通过预设的iptables规则，把请求的数据包转发到后端的rs上去

  • rs需要设定网关为分发器的内网ip

  • 用户请i去的数据包和返回给用户的数据包全部经过分发器，所以分发器成为瓶颈

  • 在nat模式中，只需要分发器有公网ip即可，所以比较节省公网ip资源

注意： 该模式中，load balancer 是限制该架构处理用户请求的一个瓶颈，所以该模式比较适合小模式的集群（服务器rs在10台以内）；该模式的优势是节省公网资源。

LVS IP Tunnel模式

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  • 这种模式，需要有一个公共的IP配置在分发器和所有rs上，我们把它叫做vip

  • 客户端请求的目标IP为vip，分发器接收到请求数据包后，会对数据包做一个加工，会把目标ip改为rs的IP，这样数据包就到了rs上

  • rs接收数据包后，会还原原始数据包，这样目标IP为vip，因为所有rs上配置了这个vip，所以它会认为是它自己

注意： real server通过一个公网IP直接返回到用户，这就省略数据回到load balancer分发器的过程，这样就load balancer就没有瓶颈。

LVS DR 模式

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  • 这种模式，也需要有一个公共的IP配置在分发器和所有rs上，也就是vip

  • 和IP Tunnel不同的是，它会把数据包的MAC地址修改为rs的MAC地址

  • rs接收数据包后，会还原原始数据包，这样目标IP 为vip，因为所有rs上配置了这个vip，所以它认为是它自己

LVS 调度算法

  • 轮询 Round-Robin rr

    • 用户的请求过来，它均衡的将请求分发到rs上，没有优劣之分

  • 加权轮询 Weight Round-Robin wrr

    • 带权重的轮询，可以对机器单独设置权重，对权重高的机器发送的请求会多一些

  • 最小连接 Least-Connection lc

    • 把请求发送到请i去数量少的rs上

  • 加权最小连接 Weight Least-Connection wlc

    • 带权重的最小连接，权重高的优先

  • 基于局部性的最小连接 Locality-Based Least Connection lblc

  • 带复制的基于局部性最小连接 Locality-Based Least Connections with Replication lblcr

  • 目标地址散列调度 Destination Hashing dh

  • 源地址散列调度 Source Hashing sh

常用的是前四中算法

LVS NAT模式搭建

是通过iptables 实现

准备工作

  • 准备三台虚拟机

    • 分发器 （调度器director）

      内网：192.168.159.133，外网：192.168.64.151

    • real server1 （real 1）

      内网：192.168.159.131，网关：192.168.159.130

    • real server2 （real 2）

      内网：192.168.159.132，网关：192.168.159.130

  • 关闭三台机器的防火墙

    建议使用iptables： [root@centos04 ~]# systemctl stop firewalld // 关闭firewalld 防火墙

    [root@centos04 ~]# systemctl disable firewalld // 禁止firewalld防火墙开机启动

    // 此处建议使用iptables [root@centos04 ~]# yum install -y iptables.service // 安装iptables.servcie

    [root@centos04 ~]# systemctl enable iptables // 设置iptables 开机启动

    [root@centos04 ~]# systemctl start iptables // 开启iptables 服务

    [root@centos04 ~]# iptables -F // 清空防火墙规则

    [root@centos04 ~]# service iptables save // 保存当前规则

    // 进行该设置的原因是NAT模式是基于防火墙nat表的一种模式，所以会使用iptables规则。

    临时关闭selinux [root@centos04 ~]# getenforce // 查看selinux状态 // Enforcing 为开启， Permissive 为关闭 [root@centos04 ~]# setenforce 0/1 // 开启、关闭防火墙 // 0为关闭、1为开启

    永久关闭selinux [root@centos04 ~]# vim /etc/selinux/config // 将selinux 由enforcing 改成disabled

配置分发器

  • 在dir（分发器）上安装ipvsadm

    [root@centos04 ~]# yum install -y ipvsadm // 这个工具和iptables 有点像 // 如果下载很慢，则进入/etc/yum.repos.d/ // 将epel.repo 重命名，下在完之后改回来

  • 在dir（分发器）上编写脚本

    [root@centos04 ~]# vim /usr/local/sbin/lvs_nat.sh #! /bin/bash // director 服务器上开启路由转发功能 echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward // 关闭icmp的重定向 echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/send_redirects echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/default/send_redirects // 注意区分网卡名字，我这里的两个网卡分别为ens33和ens37 echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/ens33/send_redirects echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/ens37/send_redirects // director 设置nat防火墙 iptables -t nat -F iptables -t nat -X iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.64.0/24 -j MASQUERADE // director设置ipvsadm规则 IPVSADM='/usr/sbin/ipvsadm' $IPVSADM -C // -C=clear，清除规则 $IPVSADM -A -t 192.168.64.151:80 -s rr // -A：=add，添加规则，定义算法的规则； // -t：分发器ip（外网ip）； // -s 指定算法； // -p：指定超时时间（解决session问题：保证同一请求被分发到同一rs上）单位为秒。 // 因为添加-p选项后会影响测试效果，所以在此不加该参数（注：时间不能设置为0） $IPVSADM -a -t 192.168.64.151:80 -r 192.168.159.131:80 -m -w 1 $IPVSADM -a -t 192.168.64.151:80 -r 192.168.159.132:80 -m -w 1 // -a：=add，增加nat架构中的rs； // -r：指定rs的IP； // -m：指定LVS模式为NAT（masquerade） // -w：=weight，指定权重

    执行脚本： [root@centos04 ~]# sh /usr/local/sbin/lvs_nat.sh // 执行该脚本时无错误输出说明没问题。

    查看ipvsadm规则： [root@centos04 ~]# ipvsadm -ln IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096) Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags -> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn TCP 192.168.64.151:80 rr -> 192.168.159.131:80 Masq 1 0 0
    -> 192.168.159.132:80 Masq 1 0 0

配置rs

  • 在两台rs上安装Nginx，并分别设置主页来区分两台机器。

    [root@localhost ~]# yum install -y nginx [root@localhost ~]# systemctl start nginx

    // 如果nginx 是yum安装，其主页目录为 /usr/share/nginx/html/index.html

测试

  • 访问外网ip：192.168.64.151

    [root@centos04 ~]# curl 192.168.64.151 This is real server 2 [root@centos04 ~]# curl 192.168.64.151 this is real server 1 [root@centos04 ~]# curl 192.168.64.151 This is real server 2 [root@centos04 ~]# curl 192.168.64.151 this is real server 1