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LVS负载均衡群集

news 2025/5/29 8:29:20

一. LVS 群集应用基础

1. 群集技术概述

2. 群集的类型

3. 负载均衡的分层结构

4. 负载均衡的工作模式

二. LVS 虚拟服务器

1. LVS的负载调度算法

2. 使用 ipvsadm 管理工具

(1) 创建虚拟服务器

(2) 添加服务器节点

(3) 查看群集节点状态

(4) 删除服务器节点

(5) 保存负载分配策略

三. NFS共享存储服务

1. 使用NFS发布共享资源

2.安装nfs-utils、rpcbind 软件包

3. 设置共享目录

4. 启动 NFS服务程序

5. 查看本机发布的NFS共享目录

6. 在客户机中访问NFS共享资源

(1) 安装rpcbind软件包，并启动rpcbind 服务。

(2) 手动挂载NFS 共享目录。

(3) fstab 自动挂载设置。

四. 完整命令

1. 先准备两个http服务器

2. 安装配置LVS

3. 配置NFS

4. 用http挂载到NFS上，两台一样的操作

5. 测试

一. LVS 群集应用基础

群集的称呼来自于英文单词“Cluster”，表示一群、一串的意思，用在服务器领域则表示大量服务器的集合体，以区分于单个服务器。

1. 群集技术概述

根据实际企业环境的不同，群集所提供的功能也各不相同，采用的技术细节也可能各有千秋。然而从整体上来看，需要先了解一些关于群集的共性特征，才能在构建和维护群集的工作中做到心中有数，避免操作上的盲目性。

2. 群集的类型

无论是哪种群集，都至少包括两台节点服务器，而对外表现为一个整体，只提供一个访问入口。根据群集所针对的目标差异，可分为以下三种类型

负载均衡群集(Load Balance Cluster):以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、高负载的整体性能。例如，“DNS 轮询”“应用层交换”“反向代理”等都可用作负载均衡群集。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。
高可用群集(High Availability Cluster):以提高应用系统的可靠性、2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。例如，“故障切换”“双机热备”“多机热备”等都属于高可用群集技术。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。
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。例如，“云计算”“网格计算”也可视为高性能运算的一种。高性能运算群集的高性能依赖于“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。

3. 负载均衡的分层结构

在典型的负载均衡群集中，包括三个层次的组件，如图1.1所示。前端至少有一个负载调度器(Load Balancer，或称为 Director)负责响应并分发来自客户机的访问请求:后端由大量真实服务器(Real Server)构成服务器池(ServerPoo1)，提供实际的应用服务，整个群集的伸缩性通过增加、删除服务器节点来完成，而这些过程对客户机是透明的;为了保持服务的一致性，所有节点使用共享存储设备。

第一层，负载调度器:这是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(Virtual IP，虚拟 IP)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:群集所提供的应用服务(如HTTP、FTP)由服务器池承担，其中每个节点具有独立的RIP(RealIP，真实 IP)地址，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。在 Linux/UNIX 环境中,共享存储可以使用 NAS 设备，或者提供 NFS(Network File System，网络文件系统)共享服务的专用服务器。

4. 负载均衡的工作模式

关于群集的负载调度技术，可以基于 IP、端口、内容等进行分发，其中基于 IP的负载调度是效率最高的。基于IP的负载均衡模式中，常见的有地址转换、IP 隧道和直接路由三种工作模式

地址转换(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。
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。
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。

三种工作模式中，NAT 方式只需要一个公网IP地址，从而成为最易用的一种负载均衡模式,安全性也比较好,许多硬件负载均衡设备就采用这种方式。相比较而言，DR 模式和 TUN 模式的负载能力更加强大，适用范围更广，但节点的安全性要稍差一些。

二. LVS 虚拟服务器

Linux Virtual Server 是针对 Linux 内核开发的一个负载均衡项目，由我国的章文嵩博士在1998年5月创建，官方站点位于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 Cent0s 7 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。

1. LVS的负载调度算法

针对不同的网络服务和配置需要，LVS 调度器提供多种不同的负载调度算法其中最常用的四种算法是轮询、加权轮询、最少连接和加权最少连接。

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，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。
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。
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地均衡负载。
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。

2. 使用 ipvsadm 管理工具

ipvsadm 是在负载调度器上使用的 LVS 群集管理工具，通过调用 ip_vs 模块来添加、删除服务器节点，以及查看群集的运行状态。在 0penEuler 系统中，需要手动安装 ipvsadm.x86 64 1.31-6.oe2403sp1 软件包。

LVS 群集的管理工作主要包括创建虚拟服务器、添加服务器节点、查看群集节点状态、除服务器节点和保存负载分配策略。

(1) 创建虚拟服务器

若群集的 VIP 地址为 172.16.16.172，针对 TCP 80 端口提供负载分流服务，使用的调度算法为轮询，则对应的 ipvsadm 命令操作如下所示。对于负载均衡调度器来说，VIP 必须是本机实际已启用的IP 地址。

上述操作中,选项-A 表示添加虚拟服务器,-t 用来指定 VIP 地址及 TCP 端口，-s用来指定负载调度算法--轮询(rr)、加权轮询(wrr)、最少连接(1c)、加权最少连接(wlc)。

(2) 添加服务器节点

为虚拟服务器 172.16.16.172添加四个服务器节点，IP 地址依次为192.168.101~102，对应的 ipvsadm 命令操作如下所示。若希望使用保持连接，还应添加“-p 60”选项，其中 60 为保持时间(单位为 s)。

上述操作中，有以下选项:

-a表示添加真实服务器;
-t 用来指定 VIP 地址及 TCP 端口;
-r 用来指定 RIP 地址及 TCP 端口;
-m 表示使用 NAT 群集模式(-g DR 模式和-i TUN 模式);
-w 用来设置权重(权重为0时表示暂停节点)

(3) 查看群集节点状态

结合选项-1可以列表查看 LVS虚拟服务器，可以指定只查看某一个 VIP 地址(默认为查看所有)，结合选项-n将以数字形式显示地址、端口等信息。

上述输出结果中，Forward 列下的 Masq 对应 Masquerade(地址伪装)，表示采用的群集模式为 NAT。如果是 Route，则表示采用的群集模式为 DR。

(4) 删除服务器节点

需要从服务器池中删除某一个节点时，使用选项-d。执行删除操作必须指定目标对象，包括节点地址、虚拟IP地址。

[root@localhost ~]# ipvsadm -d -r 192.168.7.24:80 -t 172.16.16.172:80

需要删除整个虚拟服务器时，使用选项-D并指定虚拟 IP 地址即可，无须指定节点。

如，若执行“ipvsadm -D -t 172.16.16.172:80”，则删除此虚拟服务器。

(5) 保存负载分配策略

使用导出/导入工具 ipvsadm-save/ipvsadm-restore 可以保存、恢复 LVS 策略。当然也可以快速清除、重建负载分配策略。

[root@localhost ~]# ipvsadm-save >/etc/sysconfig/ipvsadm     //保存策略
[root@localhost ~]# cat /etc/sysconfig/ipvsadm     //确认保存结果

三. NFS共享存储服务

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。

1. 使用NFS发布共享资源

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 0penEuler 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。

2.安装nfs-utils、rpcbind 软件包

提供 RPC 支持的服务为 rpcbind，提供 NFS 共享的服务为 nfs，完成安装以后建议调整这两个服务的自启动状态，以便每次开机后自动启用。手动加载NFS 共享服务时，应该先启动rpcbind，再启动 nfs。

3. 设置共享目录

NFS 的配置文件为/etc/exports，文件内容默认为空(无任何共享)。在exports 文件中设置共享资源时,记录格式为“目录位置客户机地址(权限选项)”例如，若要将文件夹/opt/wwwroot 共享给 192.168.10.0/24 网段使用，允许读写操作，具体配置如下所示。

其中客户机地址可以是主机名、IP地址、网段地址，允许使用*、?通配符权限选项中的rw表示允许读写(ro为只读)，sync 表示同步写入，no_root_squash 表示当客户机以 root 身份访问时赋予本地 root 权限(默认是 root_squash，将作为 nfsnobody 用户降权对待)。

4. 启动 NFS服务程序

5. 查看本机发布的NFS共享目录

6. 在客户机中访问NFS共享资源

NFS协议的目标是提供一种网络文件系统，因此对NFS共享的访问也使用mount 命令来进行挂载，对应的文件系统类型为 nfs。既可以手动挂载，也可以加入/etc/fstab 配置文件来实现开机自动挂载。考虑到群集系统中的网络稳定性，NFS 服务器与客户机之间最好使用专有网络进行连接。

(1) 安装rpcbind软件包，并启动rpcbind 服务。

若要正常访问 NFS 共享资源，客户机中也需要安装rpcbind 软件包，并启动rpcbind 系统服务。另外,为了使用 showmount 查询工具,建议将 nfs-utils 软件包也一并装上。

如果已经安装了 nfs-utils 软件包，则客户机也可以使用 showmount 查看NFS 服务器端共享了哪些目录，查询格式为“showmount-e 服务器地址”

(2) 手动挂载NFS 共享目录。

以 root 用户身份执行 mount 操作，将 NFS 服务器共享的/opt/wwwroot目录挂载到本地目录/var/www/html。

完成挂载以后，访问客户机的/var/www/html 文件夹，实际上就相当于访问NFS 服务器中的/opt/wwwroot 文件夹，其中的网络映射过程对于用户程序来说是透明的。

(3) fstab 自动挂载设置。

修改/etc/fstab 配置文件，加入 NFS 共享目录的挂载设置。注意将文件系统类型设为 nfs，挂载参数建议添加 netdev(设备需要网络)。若添加 soft、intr参数可以实现软挂载，允许在网络中断时放弃挂载。这样，客户机就可以在每次开机后自动挂载 NFS 共享资源了。

root@localhost ~]# vim /etc/fstab
…… //省略部分信息
192.168.10.104:/opt/wwwroot /var/www/html nfs_defaults,_netdev 0 0

四. 完整命令

环境：

OpenEuler	http	192.168.10.101
OpenEuler	http	192.168.10.102
OpenEuler	lvs	192.168.10.103 172.16.16.172
OpenEuler	nfs	192.168.10.104

1. 先准备两个http服务器

第一台
[root@localhost ~]# systemctl stop firewalld
[root@localhost ~]# setenforce 0
[root@localhost ~]# dnf -y install httpd
[root@localhost ~]# systemctl start httpd
[root@localhost ~]# vim /var/www/html/index.html
//web1
[root@localhost ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens160 
//把网关改成LVS服务器地址
[root@localhost ~]# nmcli c reload
[root@localhost ~]# nmcli c up ens160

第二台
[root@localhost ~]# systemctl stop firewalld
[root@localhost ~]# setenforce 0
[root@localhost ~]# dnf -y install httpd
[root@localhost ~]# systemctl start httpd
[root@localhost ~]# vim /var/www/html/index.html
//web2
[root@localhost ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens160 
//把网关改成LVS服务器地址
[root@localhost ~]# nmcli c reload
[root@localhost ~]# nmcli c up ens160

2. 安装配置LVS

[root@localhost ~]# systemctl stop firewalld
[root@localhost ~]# setenforce 0
[root@localhost ~]# curl 192.168.10.101
web1
[root@localhost ~]# curl 192.168.10.102
web2
[root@localhost ~]# dnf -y install ipvsadm
[root@localhost ~]# ipvsadm -v
[root@localhost ~]# vim /etc/sysctl.conf 
net.ipv4.ip_forward = 1
[root@localhost ~]# sysctl -p加一个网卡
[root@localhost ~]# ip a
[root@localhost ~]# cd /etc/sysconfig/network-scripts/
[root@localhost network-scripts]# cp ifcfg-ens160 ifcfg-ens224
[root@localhost network-scripts]# vim ifcfg-ens224
TYPE=Ethernet
PROXY_METHOD=none
BROWSER_ONLY=no
BOOTPROTO=static
IPADDR=172.16.16.172
NETMASK=255.255.255.0
#GATEWAY=192.168.10.254
#DNS1=114.114.114.114
DNS2=8.8.8.8
DEFROUTE=yes
IPV4_FAILURE_FATAL=no
IPV6INIT=yes
IPV6_AUTOCONF=yes
IPV6_DEFROUTE=yes
IPV6_FAILURE_FATAL=no
IPV6_ADDR_GEN_MODE=eui64
NAME=ens224
DEVICE=ens224
ONBOOT=yes[root@localhost network-scripts]# nmcli c reload
[root@localhost network-scripts]# nmcli c up ens224
[root@localhost network-scripts]# cd
[root@localhost ~]# ip a
[root@localhost ~]# ipvsadm -A -t 172.16.16.172:80 -s wrr
[root@localhost ~]# ipvsadm -a -t 172.16.16.172:80 -r 192.168.10.101:80 -m -w 1
[root@localhost ~]# ipvsadm -a -t 172.16.16.172:80 -r 192.168.10.102:80 -m -w 2
[root@localhost ~]# ipvsadm-save
[root@localhost ~]# ipvsadm -ln
[root@localhost ~]# curl 172.16.16.172
web2
[root@localhost ~]# curl 172.16.16.172
web1

3. 配置NFS

[root@localhost ~]# systemctl stop firewalld
[root@localhost ~]# setenforce 0
[root@localhost ~]# dnf -y install nfs-utils rpcbind
[root@localhost ~]# mkdir -p /opt/wwwroot
[root@localhost ~]# vim /etc/exports
/opt/wwwroot 192.168.10.0/24(rw,sync,no_root_squash)[root@localhost ~]# systemctl start rpcbind
[root@localhost ~]# systemctl start nfs
[root@localhost ~]# netstat -anpt | grep rpc
[root@localhost ~]# showmount -e

4. 用http挂载到NFS上，两台一样的操作

[root@localhost ~]# dnf -y install nfs-utils
[root@localhost ~]# showmount -e 192.168.10.104
[root@localhost ~]# mount 192.168.10.104:/opt/wwwroot /var/www/html/查看是否挂载成功
[root@localhost ~]# tail -1 /etc/mtab

5. 测试

在随机一台http上面echo一个网页

[root@localhost ~]# echo "benet">/var/www/html/index.html

验证

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1. 群集技术概述

2. 群集的类型

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2. 使用 ipvsadm 管理工具

(1) 创建虚拟服务器

(2) 添加服务器节点

(3) 查看群集节点状态

(4) 删除服务器节点

(5) 保存负载分配策略

三. NFS共享存储服务

1. 使用NFS发布共享资源

2.安装nfs-utils、rpcbind 软件包

3. 设置共享目录

4. 启动 NFS服务程序

5. 查看本机发布的NFS共享目录

6. 在客户机中访问NFS共享资源

(1) 安装rpcbind软件包，并启动rpcbind 服务。

(2) 手动挂载NFS 共享目录。

(3) fstab 自动挂载设置。

四. 完整命令

1. 先准备两个http服务器

2. 安装配置LVS

3. 配置NFS

4. 用http挂载到NFS上，两台一样的操作

5. 测试

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