前言
随着目前各大公司的业务多做越大，网站的访问也越来越多，配置负载均衡成为了必备，除去硬件层面的负载均衡，那么软件层面的负载均衡最常用的就是LVS，本篇博客就介绍一下LVS负载均衡群集。
一、企业群集应用概述
1.1 群集的含义
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lP地址），相当于一台大型计算机。
目前互联网应用中，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。通常有以下两个解决方法：
纵向扩展：扩展CPU、内存、使用价格昂贵的小型机、大型机
横向扩展：使用多台相对廉价的普通服务器构建服务群集
但是纵向扩展总有上限，插槽的数量有限，所以我们更多的采用横向扩展，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（通常成为浮动IP，简称VIP）对外提供相同的服务。
在企业中常用的一种群集技术——LVS（Linux Virtual Server，Linux虚拟服务器）（由国人研究出来）
1.2 企业群集分类
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（云计算就是一种高性能的运算群集）
1.2.1 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的负载分配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，“DNS轮询"“反向代理”等
服务例如nginx也有自己的负载均衡，但是服务本身的负载均衡有上限，再者服务工作在应用成，而LVS是在内核
阿里云的负载均衡的组件叫SLB
1.2.2 高可用群集（High Availability Cluster）
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，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
根据对服务状态是否具有依赖，HA分为两类：
有状态服务：后续对服务的请求依赖于之前对服务的请求。
无状态服务：对服务的请求没有依赖关系，是完全独立的。
根据提供服务的不同方式，HA分为两类：
Active/Passive HA：主从模式。同一时间只有一个主节点提供服务，其他节点保持备用状态并时刻监测主节点的工作状态。当主节点出现故障时，备用节点上的服务被启动从而替代主节点提供服务。
Active/Active HA；双工模式。同一时间有多个节点提供服务，当一个节点出现故障时，由其他节点承担额外的负载。
高可用的计算公式是1-（宕机时间）/（宕机时间+运行时间）有点类似与网络传输的参数误码率，我们用9的个数表示可用性：
2个9：99%=1%*365=3.65*24h=87.6h
4个9：99.99%=0.01%*365*24*60=52.56min
5个9：99.999%=0.001%*365=5.265min
11个9：几乎一年宕机时间只有几分钟
9越多说明高可用性能越好，大多数中小型公司都是3-5个9
1.2.3 高性能运算群集（High Performance Computer Cluster）
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”“网格计算”等（目前已实现常态化）
1.3 负载均衡群集
1.3.1 负载均衡群集架构口负载均衡的结构
第一层，负载调度器（Load Balancer或Director）负载均衡层
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。
第二层，服务器池（Server Pool）web应用层
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。
负载均衡群集架构图
1.3.2 工作模式
负载均衡群集是目前企业用的额最多的群集类型
地址转换NAT
IP隧道
直接路由
（1）地址转换NAT
Network Address Translation，简称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
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
（2）IP隧道
IP Tunnel，简称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
服务器节点分散在互联网中的不同位置，具有独立的公网IP地址，通过专用IP隧道与负载调度器相互通信
缺点：暴露在公网中有安全问题、性能问题、成本较高
（3） DR模式
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
成本、性能均平衡
总结：
NAT模式承载客户端的访问入口和节点服务器回应出口的两方面压力
DR模式较好，调度器接受用户请求，转发给节点服务器，节点服务器直接返回给客户端，调度器不会成为性能瓶颈
1.4 LVS虚拟服务器
1.4.1 LVS概述
Linux Virtual Server是针对Linux内核开发的负载均衡解决方案，由我国博士章文嵩在1998年创建，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的一种高效的解决方法
LVS现在已成为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。在CentOS7系统中，以下操作可以手动加载ip_vs模块，并查看当前系统中ip_vs模块的版本信息。
[root@localhost ~]# modprobe ip_vs #手动加载 [root@localhost ~]# cat /proc/net/ip_vs IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096) Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags -> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn #确认内核对LVS的支持 [root@localhost ~]# cd /usr/lib/modules/3.10.0-693.el7.x86_64/kernel/net/netfilter/ipvs/ [root@localhost ipvs]# ls ip_vs_dh.ko.xz ip_vs.ko.xz ip_vs_lblcr.ko.xz ip_vs_nq.ko.xz ip_vs_rr.ko.xz ip_vs_sh.ko.xz ip_vs_wrr.ko.xz ip_vs_ftp.ko.xz ip_vs_lblc.ko.xz ip_vs_lc.ko.xz ip_vs_pe_sip.ko.xz ip_vs_sed.ko.xz ip_vs_wlc.ko.xz [root@localhost ipvs]# ls |grep -o "^[^.]*" ip_vs_dh ip_vs_ftp ip_vs ip_vs_lblc ip_vs_lblcr ip_vs_lc ip_vs_nq ip_vs_pe_sip ip_vs_rr ip_vs_sed ip_vs_sh ip_vs_wlc ip_vs_wrr[root@localhost ipvs]# for i in $(ls |grep -o "^[^.]*") > do > echo $i > modprobe $i #使用for循环，一次性加载
1.4.2 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，而不管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，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
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
性能较高的节点将承担更大比例的活动连接负载
1.5 ipvsadm工具
使用ipvsadm工具创建与管理LVS群集步骤：
1.创建虚拟服务器
2.添加、删除服务器节点
3.查看群集及节点情况
4.保存负载分配策略
ipvsadm 工具选项说明
-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：1c、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群集模式 |
-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 |
| -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 |
（1）配置SNAT转发规则 vim/ etc/sysctl.conf net.ipv4.ip_forward = 1 iptables -t nat -F iptables -F iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.109.0/24 -o ens36 -j SNAT --to-source 12.0.0.254 （2）加载LVS内核模块 modprobe ip_vs #加载ip vs模块 cat/proc/net/ip_vs#查看ipvs版本信息 或全部加载 for i in $(ls /usr/lib/modules/$(uname -r)/kernel/net/netfilter/ipvs|grep -o "^[^.]*");do echo $i; /sbin/modinfo -F filename $i >/dev/null 2>&1 && /sbin/modprobe $i;done （3）安装ipvsadm管理工具 yum -y install ipvsadm #启动服务前须保存负载分配策略 ipvsadm -save > /etc/sysconfig/ipvsadm 或者ipvsadm --save > /etc/sysconfig/ipvsadm systemctl start ipvsadm.service
