本期来讲讲什么是LVS集群？

集群和分布式

集群（Cluster），解决某个问题将多台计算机组合形成的系统群。

常见的集群类型：

  • 负载均衡(LoadBalancing，简称LB)：由多个相同配置的主机组成，每个主机经过调度承担部分访问，防止单点故障提高系统可用性。常用的负载均衡实现方式由Nginx，LVS等。
  • 高可用（High Availiablity，简称HA)： ，是指系统或服务在规定时间内持续正常运行的能力，核心目标是最大限度减少停机时间，确保业务或功能在面对故障（如硬件损坏、软件错误、网络中断等）时仍能稳定提供服务。

        MTBF:Mean Time Between Failure 平均无故障时间，正常时间 MTTR:Mean Time To Restoration（ repair）平均恢复前时间，故障时间

        可用性等级计算方式：A=MTBF/（MTBF+MTTR），计算结果越接近“1”高可用性越高

  • 高性能计算（High-performance computing，HPC)：高性能计算，国家战略资源

负载均衡与高可用的关系：

负载均衡是实现高可用的核心手段之一，高可用的目标是 “不中断服务”，而负载均衡通过分散流量和自动剔除故障节点，直接避免了 “单台服务器故障导致整体崩溃” 的风险。

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

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
  • 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

分布式图解

集群和分布式的区别：

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。

LVS介绍

LVS概念

LVS（Linux virtual server）：是一种负载调度器，是负载均衡的一种实现方式。

  • VS：虚拟服务器，LVS调度器
  • RS：内网真实服务器，提供服务
  • CIP：客户端IP
  • VIP：LVS的外网IP
  • DIP：LVS的内网IP
  • RIP：RS的IP

LVS集群结构图

LVS的集群类型

集群类型说明
nat修改请求报文的目标IP，多目标IP的DNAT
dr操纵封装新的MAC地址
tun在原请求IP报文之外添加一个IP首部
fullnat修改请求报文的源和目标IP

tun与fullnat只做了解并没有实验配置提及 ，常用的还是DR与NAT，默认为DR。

LVS的调度算法

静态方法：仅根据算法本身进行调度，不考虑RS的负载情况。

动态方法：主要根据每RS当前的负载状态及调度算法进行调度Overhead=value较小的RS将被调度。

静态调度算法作用
RR(roundrobin)轮询调度RS，配置有差异不推荐
WRR(Weighted RR)根据权重来进行轮询调度，配置高的加权调度被调度次数多
SH(Source Hashing)基于源地址哈希，将来自同一源地址的请求调度到同一服务器，可实现会话粘性
DH(Destination Hashing)基于目标地址哈希，将发往同一目标地址的请求调度到同一服务器
动态调度算法作用
LC(least connections)调度到当前连接数最少的服务器，使各服务器负载更均衡
WLC(Weighted LC)带权重的最少连接调度，综合考虑服务器权重和当前连接数进行调度
SED(：Shortest Expection Delay)计算服务器的预期延迟（考虑权重和当前连接数），调度到预期延迟最小的服务器
NQ(Never Queue)第一轮均匀分配，后续SED
LBLC(Locality-Based LC)动态的 DH 算法，基于局部性的最少连接调度，兼顾目标地址哈希和最少连接
LBLACR(LBLC with Replication)带复制功能的 LBLC，通过服务器复制进一步优化负载均衡和故障容错

在4.15版本内核以后新增调度算法

1.FO(Weighted Fai Over)调度算法：常用作灰度发布。

算法原理：

遍历虚拟服务所关联的真实服务器链表，找到还未过载的且权重最高的真实服务器，进行调度。当服务器承接大量连接，可以对此服务器进行过载标记，之后 VS 调度器就不会把连接调度到有过载标记的主机中。

2.OVF(Overflow-connection)调度算法：适用于服务器性能有差异且流量波动较大的场景，如电商。

算法原理：

基于真实服务器的活动连接数量和权重值实现。遍历虚拟服务相关联的真实服务器链表，找到权重值最高的可用真实服务器。一个可用的真实服务器需要同时满足以下条件：

  • 未过载；
  • 真实服务器当前的活动连接数量小于其权重值；
  • 其权重值不为零 。

将新连接调度到权重值最高的真实服务器，直到其活动连接数量超过权重值，之后调度到下一个权重值最高的真实服务器。

实验

安装LVS

[root@client ~]# dnf install ipvsadm -y

ipvsadm命令参数

核心功能：

  • 集群服务器管理：增、删、改

  • 集群服务的RS管理：增、删、改

  • 查看

1.管理集群服务中的增删改

#命令格式
ipvsadm -A|E -t|u|f service-address [-s scheduler] [-p [timeout]]-A #添加-E #修改-t #tcp服务-u #udp服务-s #指点调度算法，默认为WLC，rr为轮询，wrr为权重轮询-p #设置吃就连接超时，将同一个时间段将一个访问请求调度给同一个RS-f #firewall mask 火墙标记，是一个数字-L #查看lvs策略 + n 不做解析ipvsadm -Ln #不做解析查看lvs策略

[root@lvs ~]# ipvsadm -A -t 172.25.254.100:80 -s rr	
[root@lvs ~]# ipvsadm -E -t 172.25.254.100:80 -s wrr
[root@lvs ~]# ipvsadm -E -t 172.25.254.100:80 -s wrr -p 360
[root@lvs ~]# ipvsadm -A -f 66 -s rr
[root@lvs ~]# ipvsadm -D -t 172.25.254.100:80
[root@lvs ~]# ipvsadm -C
[root@lvs ~]# ipvsadm -L	#查看lvs调度策略	
[root@lvs ~]# ipvsadm -Ln	#n不做解析的查看调度策略

2.管理集群服务中的RS增删改

#命令格式
ipvsadm -a|e -t|u|f service-address -r realserver-address [-g|i|m] [-w weight]-a #添加-e #更改-t #tcp / -u #udp-f #火墙标签-r #指定RS地址-g #直连路由模式-i #ipip隧道模式-m #nat模式-w #设定权重-C #清空lvs策略-L #查看lvs策略 + n 不做解析ipvsadm -Ln #不做解析查看lvs策略--rate #输出速率信息ipvsadm -Ln --rate-Z #清空计数器

[root@lvs ~]# ipvsadm -A -t 172.25.254.100:80 -s rr
[root@lvs ~]# ipvsadm -a -t 172.25.254.100:80 -r 192.168.44.10 -m
[root@lvs ~]# ipvsadm -a -t 172.25.254.100:80 -r 192.168.44.20 -g
[root@lvs ~]# ipvsadm -e -t 172.25.254.100:80 -r 192.168.44.20 -m -w 2
[root@lvs ~]# ipvsadm -e -t 172.25.254.100:80 -r 192.168.44.30 -i -w 2
[root@lvs ~]# ipvsadm -d -t 172.25.254.100:80 -r 192.168.0.30

3.lvs调度策略的备份与恢复
#备份与恢复
[root@lvs ~]# ipvsadm-save -n > /mnt/ipvsadm.rule    备份规则策略到文件中
[root@lvs ~]# ipvsadm-restore < /mnt/ipvsadm.rule    重载规则策略
4.lvs调度策略的开机启动

由于缺少备份到/etc/sysconfig/ipvsadm规则调度文件，所以不能开机启动。


#需要先把调度策略导入生成调度规则文件，具有调度规则文件后才能开启服务进程
[root@lvs ~]# ipvsadm-save -n > /etc/sysconfig/ipvsadm
[root@lvs ~]# ipvsadm -C
[root@lvs ~]# systemctl enable --now ipvsadm
#开机启动后就会自动重载保存在调度规则的文件

LVS-NAT模式

环境

主机名IP
客户端（nat）172.25.254.70/24
LVS服务器（双网卡，nat与仅主机）

172.25.254.100/24

192.168.5.10/24

web服务器1（仅主机）192.168.5.100/24
web服务器2（仅主机）192.168.5.200/24

客户端：

        配好IP即可

LVS服务器：

        配置好IP和内核路由以及LVS规则

 开启内核路由：

  编写LVS规则：

  查看LVS规则：

web服务器(两台web服务器类似)：

        安装httpd，开启服务、编写默认发布文件

开启服务：

编写默认发布文件：

记得关闭火墙（便于测试）

测试（用客户端连续访问172.25.254.100多次）：

服务器1、2轮流应答客户端

LVS-DR模式

环境

主机名IP
客户端（nat）e0：172.25.254.111/24
路由器（双网卡）

e0：172.25.254.100/24

e1：192.168.44.100/24

调度器（仅主机）

e0：192.168.44.200/24

e1：192.168.44.220/24

服务器1（仅主机）

e0：192.168.44.10/24

lo：192.168.44.220/32

服务器2（仅主机）

e0：192.168.5.100

lo：192.168.5.250（vip）

客户端：

        配好IP即可

路由器配置：

         配置IP 并开启内核路由以及地址伪装

#开启内核路由
vim /etc/sysctl.confnet.ipv4.ip_forward = 1#开启地址伪装
firewall-cmd --permanent --add-masquerade#开启iptab地址转换亦可
iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth1 -j SNAT --to-source 192.168.5.10#地址伪装和iptable地址转换选一种即可

LVS主机配置： 

        配置ip 

配置LVS规则：

ipvsadm -A -t 192.168.5.250:80 -s rr
ipvsadm -a -t 192.168.5.250:80 -r  192.168.5.100:80 -g
ipvsadm -a -t 192.168.5.250:80 -r  192.168.5.200:80 -g

 查看LVS规则：

服务器（两台服务器类似）

        配置ip

 下载、启用、配置httpd

                 开启服务：

   编写默认发布文件：

记得关闭火墙（便于测试）

关闭服务器1与服务器2响应arp：

测试：

服务器1、2轮流应答客户端

lvs会话保持

解决问题：客户需要提交响应信息给服务器，如果单 纯的进行调度会导致客户填写的表单丢失

解决方案：

在进行调度时，不管用什么算法，只要相同源过来的数据包我们就把他的访问记录在内存中，也就是把这个源的主机调度到了那个RS上，设置持久连接超时。

#跟踪链接
[root@lsv-dr ~]# ipvsadm -lnc
IPVS connection entries
pro expire state       source             virtual            destination
TCP 01:56  FIN_WAIT    192.168.44.100:48534 192.168.44.220:80  192.168.44.10:80
TCP 01:55  FIN_WAIT    192.168.44.100:48518 192.168.44.220:80  192.168.44.20:80
#expire为长链接超时时间，在链接未超时再次访问不用经过三次握手，apache的一个长连接默认为两分钟#设置持久超时时间来将同一个时间段将一个访问请求调度给同一个RS
[root@lsv-dr ~]# ipvsadm -E -t 192.168.44.220:80 -s rr -p 1	#-p 1默认不是1s而是1min
[root@lsv-dr ~]# ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags-> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  192.168.44.220:80 rr persistent 1	#持久连接超时时间默认为360s-> 192.168.44.10:80             Route   1      0          0-> 192.168.44.20:80             Route   1      0          0

只有当最后一个FIN WATT结束，ASSURED才会倒计时最后一次apeach长连接超时时间默认为2分钟并且只有当最后一个ASSURED倒数结束下一个访问VIP的客户才会被调度到另一个RS上  

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