群集角色PACS中的类型SQL Server Availability Group的群集资源PACS 集群示例

一、集群与分布式

1.1 集群的含义

• Cluster，集群、群集,为解决某个特定问题将多台计算机组合起来形成的单个系统
• 由多台主机构成，但对外只表现为一个整体

1.2lvs模型

 1.3系统性能扩展方式

Scale UP：垂直扩展，向上扩展,增强，性能更强的计算机运行同样的服务

Scale Out：水平扩展，向外扩展,增加设备，并行地运行多个服务调度分配问题，Cluster

垂直扩展不再提及：

随着计算机性能的增长，其价格会成倍增长

单台计算机的性能是有上限的，不可能无限制地垂直扩展，多核CPU意味着即使是单台计算机也可以并行的。那么，为什么不一开始就并行化技术？

1.4群集的三种类型

负载均衡群集

高可用群集

高性能运算群集。

1.4.1负载均衡群集
 LB： Load Balancing，负载均衡，多个主机组成，每个主机只承担一部分访问请求

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（LB）的整体性能

LB的负载分配依赖于主节点的分流算法

1.4.2高可用群集
 HA： High Availiablity，高可用，避免 SPOF（single Point Of failure）

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

1.4.3高性能运算群集
 HPC： High-performance computing，高性能

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

1.5LVS的负载调度算法

①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)

均等地对待每台服务器，而不管服务器实际的连接数和系统负载。

②加权轮询（Weighted Round Robin）
根据调度器设置的权重值来分发请求

权重值高的节点优先获得任务并且分配的请求越多

这样可以保证性能高的节点承担更 多请求。

③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

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

④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。

⑤IP_Hash
根据请求来源的IP地址进行Hash计算，得到后端服务器

这样来自同一个IP的请求总是会落到同一台服务器上处理，以致于可以将请求上下文信息存储在这个服务器上

⑥url_hash
按访问url的hash结果来分配请求，使每个url定向到同一个后端服务器

后端服务器为缓存时比较有效

⑦fair
采用的不是内建负载均衡使用的轮换的均衡算法

而是可以根据页面大小、加载时间长短智能的进行负载均衡

也就是根据后端服务器时间来分配用户请求，响应时间短的优先分配

1.6分布式系统

分布式存储： 将数据分散存储在多台独立的设备上 。Ceph，GlusterFS，FastDFS，MogileFS

分布式计算： 将该应用分解成许多小的部分，分配给多台计算机进行处理。 hadoop，Spark

分布式常见应用

分布式应用-服务按照功能拆分，使用微服务（单一应用程序划分成一组小的服务，服务之间互相协调、互相配合，为用户提供最终价值服务）

分布式静态资源--静态资源放在不同的存储集群上

分布式数据和存储--使用key-value缓存系统

分布式计算--对特殊业务使用分布式计算，比如Hadoop集群
 

1.7集群和分布式

分布式是以缩短单个任务的执行时间来提升效率的，而集群则是通过提高单位时间内执行的任务数来提升效率。

集群：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别，数据和代码都是一样的。

分布式：一个业务被拆成多个子业务，或者本身就是不同的业务，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别的，数据和代码也是不一样的，分布式每台服务器功能加起来，才是完整的业务。
 

1.8集群设计原则

1. 可扩展性—集群的横向扩展能力
2. 可用性—无故障时间 (SLA service level agreement)
3. 性能—访问响应时间
4. 容量—单位时间内的最大并发吞吐量(C10K 并发问题)

1.9HA 高可用集群实现

keepalived：vrrp协议

Ais：应用接口规范

heartbeat

cman+rgmanager(RHCS)

coresync_pacemaker

二、 Linux Virtual Server简介

2.1 LVS介绍

LVS：Linux Virtual Server，负载调度器，内核集成，章文嵩（花名正明）, 阿里的四层SLB(Server

Load Balance)是基于LVS+keepalived实现

整个SLB系统由3部分构成:四层负载均衡，七层负载均衡和控制系统

 四层负载均衡 ，采用开源软件LVS (linux virtual server)，并根据云计算需求对其进行了定制化;该技术已经在阿里巴巴内部业务全面上线应用2年;

七层负载均衡，采用开源软件Tengine;该技术已经在阿里巴巴内部业务全面上线应用3年多;·控制系统，用于配置和监控负载均衡系统;

2.2 LVS工作原理

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RS。LVS是内核级功能，工作在INPUT链的位置，将发往INPUT的流量进行“处理”

2.3LVS 功能及组织架构

负载均衡的应用场景为高访问量的业务，提高应用程序的可用性和可靠性。

2.3.1应用于高访问量的业务

如果您的应用访问量很高，可以通过配置监听规则将流量分发到不同的云服务器 ECS（Elastic

Compute Service 弹性计算服务）实例上。此外，可以使用会话保持功能将同一客户端的请求转发到同、一台后端ECS

2.3.2扩展应用程序

可以根据业务发展的需要，随时添加和移除ECS实例来扩展应用系统的服务能力，适用于各种Web服务器和App服务器。

2.3.3消除单点故障、

可以在负载均衡实例下添加多台ECS实例。当其中一部分ECS实例发生故障后，负载均衡会自动屏蔽故

障的ECS实例，将请求分发给正常运行的ECS实例，保证应用系统仍能正常工作

2.3.4同城容灾 （多可用区容灾）

为了提供更加稳定可靠的负载均衡服务，阿里云负载均衡已在各地域部署了多可用区以实现同地域容灾。当主可用区出现机房故障或不可用时，负载均衡仍然有能力在非常短的时间内（如：大约30s中断）切换到另外一个备可用区恢复服务能力；当主可用区恢复时，负载均衡同样会自动切换到主可用区提供服务。

使用负载均衡时，您可以将负载均衡实例部署在支持多可用区的地域以实现同城容灾。此外，建议您结合自身的应用需要，综合考虑后端服务器的部署。如果您的每个可用区均至少添加了一台ECS实例，那么此种部署模式下的负载均衡服务的效率是最高的。

2.4 LVS集群类型中的术语

VS：Virtual Server，Director Server(DS), Dispatcher(调度器)，Load Balancer（lvs服务器）

RS：Real Server(lvs), upstream server(nginx), backend server(haproxy)（真实服务器）

CIP：Client IP（客户机IP）

VIP：Virtual serve IP VS外网的IP

DIP：Director IP VS内网的IP

RIP：Real server IP （真实IP

三、LVS工作模式和相关命令

3.1 LVS集群的工作模式

• 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

• lvs-nat：修改请求报文的目标IP,多目标IP的DNAT
• lvs-dr：操纵封装新的MAC地址（直接路由）
• lvs-tun：隧道模式

3.1.1 LVS的NAT模式

lvs-nat：本质是多目标IP的DNAT，通 过将请求报文中的目标地址和目标端口修改为某处的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可以是任意OS系统

3.1.2 IP隧道

RIP和DIP可以不处于同一物理网络中，RS的网关一般不能指向DIP,且RIP可以和公网通信。也就是

说集群节点可以跨互联网实现。DIP, VIP, RIP可以是公网地址。

RealServer的通道接口上需要配置VIP地址，以便接收DIP转发过来的数据包，以及作为响应的

报文源IP。

DIP转发给RealServer时需要借助隧道，隧道外层的IP头部的源IP是DIP，目标IP是RIP，而

RealServer响应给客户端的IP头部是根据隧道内层的IP头分析得到的，源IP是VIP，目标IP是CIP

请求报文要经由Director，但响应不经由Director,响应由RealServer自己完成

不支持端口映射

RS的OS须支持隧道功能

3.1.3直接路由

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

 直接路由，LVS默认模式,应用最广泛,通过请求报文重新封装一个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
 

3.1.4 LVS工作模式总结和比较

四、ipvsadm 工具 

4.1 ipvsadm 工具选项说明

五、NAT模式 LVS负载均衡部署 

配置环境

1. 负载调度器：配置双网卡 内网：192.168.100.100(ens33) 外网卡：192.168.72.15(ens37)
2. 二台WEB服务器集群池：192.168.72.12、192.168.72.18
3. 一台NFS共享服务器：192.168.72.9
4. 客户端：192.168.100.10

5.1部署共享存储（NFS服务器：192.168.72.18）

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。

NFS 服务的实现依赖于 RPC（Remote Process Call，远端过程调用）机制，以完成远程 到本地的映射过程。在 CentOS 7 系统中，需要安装 nfs-utils、rpcbind 软件包来提供 NFS 共享服务，前者用于 NFS 共享发布和访问，后者用于 RPC 支持

1. #关闭防火墙
systemctl stop firewalld
setenforce 0
 
2. #安装nfs服务
yum install nfs-utils rpcbind -y
 
3. #新建目录，并创建站点文件
cd /opt/
mkdir yxp dhc
echo "this is yxp" >yxp/index.html
echo "this is dhc" >dhc/index.html
 
4. #开启服务
systemctl start rpcbind
systemctl start nfs
 
5. #授权
chmod 777 yxp/ dhc/
 
6. #设置共享策略
vim /etc/exports
/opt/yxp 192.168.72.0/24(rw,sync)
/opt/dhc 192.168.72.0/24(rw,sync)
 
 
7. #发布服务
systemctl restart nfs
exportfs -rv

关闭防火墙

 安装nfs服务

新建目录，并创建站点文件

开启服务 

 授权

 设置共享策略

 

发布服务

 

 5.2节点Web服务器

第一台（192.168.72.）

1. #关闭防火墙
systemctl stop firewalld
setenforce 0
 
2. #安装httpd
yum install -y httpd
 
3. #查看nfs服务
showmount -e 192.168.72.12
 
4. #挂载站点
#法一：临时挂载
df
cat /var/www/html/index.html
mount 192.168.72.12:/opt/yxp /var/www/html/
#法二：永久挂载
vim /etc/fstab
192.168.72.12:/opt/yxp/  /var/www/html/        nfs     defaults,_netdev 0 0 
mount -a
 
 
5. #开启httpd服务
systemctl start httpd
 
6. #指定网关
vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33 
GATEWAY=192.168.72.12
#DNS1=8.8.8.8
 
7. #重启网络服务
systemctl restart network

关闭防火墙

 安装httpd

 查看nfs服务

开启httpd服务 

指定网关 

重启网络服务 

第二台（192.168.72.9） 

1. #关闭防火墙
systemctl stop firewalld
setenforce 0
 
2. #安装httpd
yum install -y httpd
 
3. #查看nfs服务
showmount -e 192.168.72.15
 
4. #挂载站点
#法一：临时挂载
mount 192.168.72.15:/opt/dhc /var/www/html/
df
cat /var/www/html/index.html
#法二：永久挂载
vim /etc/fstab
192.168.72.15:/opt/dhc/  /var/www/html/        nfs     defaults,_netdev 0 0 
mount -a
 
5. #开启httpd服务
systemctl start httpd
 
6. #指定网关
vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33 
GATEWAY=192.168.72.9
#DNS1=8.8.8.8
 
7. #重启网络服务
systemctl restart network

关闭防火墙

安装httpd

永久挂载 

 

指定网关

 5.3 负载调度器内网：192.168.72.15(ens33) 外网卡：192.168.100.100(ens37

1. #关闭防火墙
systemctl stop firewalld
setenforce 0
 
2. #安装ipvsadm
yum install -y ipvsadm*
 
 
3. #添加一块网卡，我这里是ens37，配置网卡，重启网络
cd /etc/sysconfig/network-scripts/
cp ifcfg-ens33 ifcfg-ens38
vim ifcfg-ens37
去掉网关、UUID、修改IP
vim ifcfg-ens33
去掉网关
systemctl restart network
 
4. #打开路由转发功能
vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward = 1 
sysctl -p
 
5. #防火墙做策略
#查看策略
iptables -nL -t nat
#清空策略
iptables -F
#添加策略
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.72.0/24 -o ens37 -j SNAT --to 192.168.100.100
#查看策略
iptables -nL -t nat
 
6. #加载LVS内核模块
modprobe ip_vs
cat /proc/net/ip_vs
 
7. #开启ipvsadm服务
ipvsadm-save >/etc/sysconfig/ipvsadm
systemctl start ipvsadm.service
 
8. #清空策略
ipvsadm -C
 
9. #制定策略
#指定IP地址 外网的入口  -s rr  轮询
ipvsadm -A -t 192.168.100.100:80 -s rr
#先指定虚拟服务器再添加真实服务器地址，-r:真实服务器地址 -m指定nat模式
ipvsadm -a -t 192.168.100.100:80 -r 192.168.72.9:80 -m
ipvsadm -a -t 192.168.100.100:80 -r 192.168.72.12:80 -m
#开启服务
ipvsadm
 
10. 查看策略
ipvsadm -ln

关闭防火墙

安装ipvsadm

 添加一块网卡，我这里是ens38，配置网卡

 

 打开路由转发功能

 

 

 开启路由功能，刷新

开启ipvsadm服务

 

清空策略

 

制定策略

 

查看策略