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群集应用概述
群集的含义
- Cluster，集群（也称群集）
- 由多台主机构成，都做相同的一件事，但对外只表现为一一个整体，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
企业群集的分类
负载均衡群集（LB）
- 提高应用系统的响应能力，处理更多的访问请求，减少延迟，实现高发、高负载的能力，同时也是如今企业运用最多的群集类型。
高可用群集（HA）
- 提高应用系统的可靠性，减少服务中断时间标，确保服务的连续性，达到高可用（HA）的容错效果。（通常使用n个9来代表高可用的指标）
高性能运算群集（HPC）
- 将多台服务器的硬件资源整合成资源池以获取高性能的CPU、内存等资源，来提高整体运算能力
提升企业服务性能
纵向扩展
- 对服务器的CPU 内存 硬盘 等硬件进行升级或者扩容来实现的，性能上限会有瓶颈，成本昂贵，收效比不高等问题
横向扩展
- 通过增加服务器主机数量来实现
群集运用理论
负载均衡架构
第一层：负载调度器
访问整个群集系统的唯一入口，对外使用所有服务器共有的VIP地址，也称为群集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
第二次：服务器池
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
为服务器池中的所有节点提供稳定、一致的文件存取服务，确保整个群集的统一性。共享存储可以使用 NAS设备，或者提供 NFS共享服务的专用服务器
LVS工作的三种模式
NAT模式
地址转换
- 调度器会作为所有节点服务器的默认网关，也是客户端的访间入口和节点服务器返回响应消息的出口，所以调度器会承载双向流量的负载压力，可能会成为整个群集的件能低颈。
- 由于节点服务器都会处于内网环境并使用私网IP，所以NAT模式具有一定的安全性。
TUN模式
IP隧道
- 调度器仅作为客户端的访问入口，节点服务器的响应消息是直接返回给客户端的，不需要经过调度器
- 由于节点服务器需要部署在互联网环境中，所以需要有独立的公网IP
- 调度器与节点服务器是通过专用的IP隧道相互通信
- 因此IP隧道模式的成本较高、网络安全性较低密，且数据在IP隧道传输的过程中需要额外的封装和解封装过程，性能也会受到一定的影响
DR模式
直接路由
- 调度器也是仅作为客户端的访问入口，节点服务器的响应消息是直接返回给客户端的，不需要经过调度器（与NAT模式的区别）
- 节点服务器与调度器是部署在同一个物理网络中，因此不需要专用的IP隧道（与IP隧道模式的区别）
- DR模式是企业首选的LVS模式
LVS虚拟服务器
- 针对Linux内核开发的负载均衡
- 1998年5月，由我国的章文嵩博士创建
- 官方网站：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来一种高效的解决方法
ip_vs通用模块
lvs所有相关的调度算法模块
ls /usr/lib/modules/3.10.0-1160.71.1.el7.x86_64/kernel/net/netfilter/ipvs
手动加载ip_vs模块
modprobe ip_vs #手动加载 ip_vs 模块
cat /proc/net/ip_vs #查看当前系统中ip_vs模块的版本信息
LVS调度器用的调度方法
固定调度算法
rr 轮询算法
- 将请求依次分配给不同的rs节点，即RS节点中均摊分配。适合于RS所有节点处理性能接近的情况。
wrr 加权轮训调度
- 依据不同RS的权值分配任务。权值较高的RS将优先获得任务，并且分配到的连接数将比权值低的RS更多。相同权值的RS得到相同数目的连接数。
dh 目的地址哈希调度（destination hashing）
- 以目的地址为关键字查找一个静态hash表来获得所需RS。
sh 源地址哈希调度（source hashing）
- 以源地址为关键字查找一个静态hash表来获得需要的RS。
动态调度算法
wlc 加权最小连接数调度
- 假设各台RS的权值依次为Wi，当前tcp连接数依次为Ti，依次去Ti/Wi为最小的RS作为下一个分配的RS。
lc 最小连接数调度（least-connection）
- IPVS表存储了所有活动的连接。LB会比较将连接请求发送到当前连接最少的RS。
lblc 基于地址的最小连接数调度（locality-based least-connection）
- 将来自同一个目的地址的请求分配给同一台RS，此时这台服务器是尚未满负荷的。否则就将这个请求分配给连接数最小的RS，并以它作为下一次分配的首先考虑。
ipvsadm 工具选项说明
| ipvsadm的选项 | 作用 |
| -A | 添加虚拟服务器 |
| -D | 删除整个虚拟服务器 |
| -s | 指定负载调度算法（轮询：rr、加权轮询：wrr、最少连接：lc、加权最少连接：wlc） |
| -a | 表示添加真实服务器（节点服务器） |
| -d | 删除某一个节点 |
| -t | 指定 VIP地址及 TCP端口 |
| -r | 指定 RIP地址及 TCP端口 |
| -m | 表示使用NAT模式 |
| -g | 表示使用DR模式 |
| -i | 表示使用TUN模式 |
| -w | 设置权重（权重为 0 时表示暂停节点） |
| -p 60 | 表示保持长连接60秒（默认关闭连接保持） |
| -l | 列表查看 LVS 虚拟服务器（默认为查看所有） |
| -n | 以数字形式显示地址、端口等信息，常与“-l”选项组合使用。ipvsadm -ln |