- 一、企业群集应用概述
- 1、群集的含义
- 2、问题及解决方法
- 3、根据群集所针对的目标差异，可分为三种类型
- 4、负载均衡群集（Load Balance Cluster）
- 5、高可用群集（High Availability Cluster）
- 6、高性能运算群集（High Performance Computer Cluster）
- 7、系统性能扩展方式
- 二、负载均衡群集架构
- 三、Linux Virtual Server简介
- 1、 LVS介绍
- 2、 LVS工作原理
- 3、 LVS 功能及组织架构
- 4、 LVS集群类型中的术语
- 四、LVS工作模式和相关命令
- 1、LVS集群的工作模式
- 2、三种模式比较
- 五、关于LVS虚拟服务器
- 1、Linux Virtual Server是什么
- 2、LVS的负载调度算法
• Cluster、集群、群集
• 由多台主机构成，但对外只表现为一个整体，只提供一个访问入口(域名或IP地址)，相当于一台大型计算机
2、问题及解决方法问题：
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，单台服务器已经无法满足负载均衡及高可用的要求
解决方法：
• 使用价格昂贵的小型机、大型机
• 使用多台相对廉价的普通服务器构建服务群集
在企业中常用的一种群集技术–LVS（Linux virtual server,linux虚拟服务器）
注：通过整合多台服务器，使用LVS来达到服务器的高可用和负载均衡，并以同一个IP地址对外提供相同的服务
3、根据群集所针对的目标差异，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
4、负载均衡群集（Load Balance Cluster）• 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的负载分担依赖于主节点的分流算法，将来自客户机的访问请求分担给多个服务器节点，从而缓解整个系统的负载压力。例如 "反向代理 "
5、高可用群集（High Availability Cluster）• 提高应用系统的可靠性、尽可能的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，双工即所有节点同时在线；主从则只有主节点在线，但当出现故障时从节点能自动切换为主节点。
例如 “故障切换” “双机热备” 等
• 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，例如 “云计算” “网路计算”等
7、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（集群）
随着计算机性能的增长，其价格会成倍增长，垂直扩展不再提及，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，也就是使用集群技术
二、负载均衡群集架构第一层：负载调度器 （Load Balancer）
访问整个群集系统的唯一入口，对外使用所有服务器的共有的VIP(虚拟IP)地址，也称之为群集IP地址。通常会配置主、备两台调度器实现热备份，当主调度器失效以后能够平滑替换至备用调度器，确保高可用性。
第二层：服务器池 （Server Pool）
群集所提供的应用服务、由服务器池承担，其中每个节点具有独立的RIP地址(真实IP)，只处理调度器分发过来的客户机请求。当某个节点暂时失效时，负载调度器的容错机制会将其隔离，等待错误排除以后再重新纳入服务器池。
第三层：共享存储（Share Storage）
为服务器池中的所有节点提供稳定、一致的文件存储服务，确保整个群集的统一性。共享存储可用使用NAS设备，或者提供NFS共享服务的专用服务器。
LVS：Linux Virtual Server，负载调度器
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/
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”
3、 LVS 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。
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)四、LVS工作模式和相关命令 1、LVS集群的工作模式
负载均衡群集是目前企业用的最多的群集类型。
群集的负载调度有三种工作模式：
lvs-nat：地址转换（NAT） lvs-dr： 直接路由（DR） lvs-tun：IP隧道
LVS的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。
直接路由
采用半开放式网络结构，与TUN模式结构类似，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。
IP隧道
IP Tunnel，加成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。特点是节点可以分散在各地
LVS工作模式总结和比较：
NAT和DR都会将调度器作为客户机访问入口，但是NAT模式进行回应客户机请求时候的出口，也是调度器作为出口。而DR则不经过调度器，直接回应客户机。
NAT的安全性也要比DR高，因为NAT会进行一次SNAT转换，而DR是直接回应客户机，服务器地址直接暴露给客户端，所以安全性低一点
2、三种模式比较| NAT | DR | TUN | |
|---|---|---|---|
| 优点 | 端口转换 | 性能最好 | WAN |
| 缺点 | 性能瓶颈 | 不支持跨网段 | 服务器支持隧道模式 |
| 真实服务器要求 | any | Non-arp device | Tunneling |
| 支持网络 | private（私网） | LAN（私网） | LAN/WAN（私网/公网） |
| 真实服务器数量 | low (10~20) | High (100) | High (100) |
| 真实服务器网关 | lvs内网地址 | Own router（网工定义） | Own router（网工定义） |
• 针对Linux内核开发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/
• LVS实际上相当于基于IP地址的虚拟化应用，为基于IP地址和内容请求分发的负载均衡提出了一种高效的解决方法
LVS现在已经成为 LInux 内核的一部分，默认编译为ip_vs模块，必要时能够自动调用
2、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，而不是服务器实际的连接数和系统负载
• 加权轮询（Weighted Round Robin）
✔ 根据调度设置的权重值来分发请求，权重值高的节点优先获得任务，分配的请求数越多
✔ 保证性能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 Least Connections）
✔ 在服务器节点的性能差异较大时，可以为真实服务器自动调整权重
✔ 性能较高的节点承担更大比例的活动连接负载
