一、lvs集群的介绍
1.1什么是集群
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。
1.2 集群的类型
LB： Load Balancing，负载均衡，多个主机组成，每个主机只承担一部分访问请求
HA： High Availiablity，高可用，避免 SPOF（single Point Of failure）
HPC： High-performance computing，高性能 。依赖于分布式、并行计算，例如云计算
1.3 集群和分布式
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
垂直扩展不再提及：
随着计算机性能的增长，其价格会成倍增长
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。
集群：同一个业务系统，部署在多台服务器上。集群中，每一台服务器实现的功能没有差别，数据和代码都是一样的。
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。
1.3.1 集群设计原则
可扩展性—集群的横向扩展能力
可用性—无故障时间 (SLA service level agreement)
性能—访问响应时间
容量—单位时间内的最大并发吞吐量(C10K 并发问题)
二、LB Cluster 负载均衡集群
SNAT:让 内网用户 可以访问外网
DNAT:把内网的服务 共享到公网上(外网用户可以访问 公司内网的服务)
2.1 基于工作的协议层次划分
传输层（通用）：DNAT 和 DPORT
LVS：
nginx：stream
haproxy：mode tcp
应用层（专用）：针对特定协议，常称为 proxy server
http：nginx, httpd, haproxy(mode http), ...
fastcgi：nginx, httpd, ...
mysql：mysql-proxy, mycat...
3. 负载均衡集群的结构
第一层，负载调度器（Load Balancer或Director）
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。负载均衡层
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。web应用层
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。
三、LVS介绍
VS：Linux Virtual Server，负载调度器，内核集成，章文嵩（花名正明）, 阿里的四层SLB(Server Load Balance)是基于LVS+keepalived实现
LVS 官网：http://www.linuxvirtualserver.org/
3.1 LVS工作原理
在内核中查看功能是否开启
[root@localhost ~]#grep -i -C 10 ipvs /boot/config-3.10.0-693.el7.x86_64
CONFIG_NETFILTER_XT_MATCH_CPU=m
CONFIG_NETFILTER_XT_MATCH_DCCP=m
CONFIG_NETFILTER_XT_MATCH_DEVGROUP=m
CONFIG_NETFILTER_XT_MATCH_DSCP=m
CONFIG_NETFILTER_XT_MATCH_ECN=m
CONFIG_NETFILTER_XT_MATCH_ESP=m
CONFIG_NETFILTER_XT_MATCH_HASHLIMIT=m
CONFIG_NETFILTER_XT_MATCH_HELPER=m
CONFIG_NETFILTER_XT_MATCH_HL=m
CONFIG_NETFILTER_XT_MATCH_IPRANGE=m
CONFIG_NETFILTER_XT_MATCH_IPVS=m
CONFIG_NETFILTER_XT_MATCH_LENGTH=m
CONFIG_NETFILTER_XT_MATCH_LIMIT=m
CONFIG_NETFILTER_XT_MATCH_MAC=m
CONFIG_NETFILTER_XT_MATCH_MARK=m
CONFIG_NETFILTER_XT_MATCH_MULTIPORT=m
CONFIG_NETFILTER_XT_MATCH_NFACCT=m
CONFIG_NETFILTER_XT_MATCH_OSF=m
CONFIG_NETFILTER_XT_MATCH_OWNER=m
CONFIG_NETFILTER_XT_MATCH_POLICY=m
CONFIG_NETFILTER_XT_MATCH_PHYSDEV=m
--
CONFIG_IP_SET_HASH_NET=m
CONFIG_IP_SET_HASH_NETPORT=m
CONFIG_IP_SET_HASH_NETIFACE=m
CONFIG_IP_SET_LIST_SET=m
CONFIG_IP_VS=m
CONFIG_IP_VS_IPV6=y
# CONFIG_IP_VS_DEBUG is not set
CONFIG_IP_VS_TAB_BITS=12#
# IPVS transport protocol load balancing support
#
CONFIG_IP_VS_PROTO_TCP=y
CONFIG_IP_VS_PROTO_UDP=y
CONFIG_IP_VS_PROTO_AH_ESP=y
CONFIG_IP_VS_PROTO_ESP=y
CONFIG_IP_VS_PROTO_AH=y
CONFIG_IP_VS_PROTO_SCTP=y#
# IPVS scheduler 调度算法
#
CONFIG_IP_VS_RR=m
CONFIG_IP_VS_WRR=m
CONFIG_IP_VS_LC=m
CONFIG_IP_VS_WLC=m
CONFIG_IP_VS_LBLC= m
CONFIG_IP_VS_LBLCR=m
CONFIG_IP_VS_DH=m
CONFIG_IP_VS_SH=m
CONFIG_IP_VS_SED=m
CONFIG_IP_VS_NQ=m#
# IPVS SH scheduler
#
CONFIG_IP_VS_SH_TAB_BITS=8#
# IPVS application helper
#
CONFIG_IP_VS_FTP=m
CONFIG_IP_VS_NFCT=y
CONFIG_IP_VS_PE_SIP=m#
# IP: Netfilter Configuration
#
CONFIG_NF_DEFRAG_IPV4=m
CONFIG_NF_CONNTRACK_IPV4=m
3.2 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。
应用于高访问量的业务
扩展应用程序
消除单点故障
同城容灾 （多可用区容灾）
3.3 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调度算法
分为两种：静态方法和动态方法
静态方法：不管后端服务器的状态，根据自身算法进行调度
动态方法：会根据后端服务器的状态调度
静态：
1、RR：roundrobin，轮询,较常用
2、WRR：Weighted RR，加权轮询,较常用
3、SH：Source Hashing，实现session sticky，源IP地址hash；将来自于同一个IP地址的请求始终发往第一次挑中的RS，从而实现会话绑定
4、DH：Destination Hashing；目标地址哈希，第一次轮询调度至RS，后续将发往同一个目标地址的请求始终转发至第一次挑中的RS，典型使用场景是正向代理缓存场景中的负载均衡,如: Web缓存
动态：
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
1、LC：least connections 适用于长连接应用
Overhead=activeconns*256+inactiveconns
activeconns活跃数 inactiveconns 不活跃数
2、WLC：Weighted LC，默认调度方法,较常用
Overhead=(activeconns*256+inactiveconns)/weight
weight 权重
3、SED：Shortest Expection Delay，初始连接高权重优先,只检查活动连接,而不考虑非活动连接
Overhead=(activeconns+1)*256/weight
4、NQ：Never Queue，第一轮均匀分配，后续SED
5、LBLC：Locality-Based LC，动态的DH算法，使用场景：根据负载状态实现正向代理,实现Web Cache等
6、LBLCR：LBLC with Replication，带复制功能的LBLC，解决LBLC负载不均衡问题，从负载重的复制到负载轻的RS,,实现Web Cache等
五、NAT模式 LVS负载均衡部署
负载调度器：内网关 lvs，ens33：192.168.200.14，外网关 ens36：12.0.0.1
Web服务器1：192.168.200.16
Web服务器2：192.168.200.15
NFS服务器：192.168.200.12
Windows客户端：12.0.0.12
在代理服务器中添加一张网卡
部署共享存储（nfs服务器：192.168.200.14）
1. #关闭防火墙
systemctl stop firewalld
setenforce 0
2. #安装nfs服务
yum install nfs-utils rpcbind -y
3. #新建目录，并创建站点文件
cd /opt/
mkdir zhou lmz
echo "this is zhou" > zhuo/index.html
echo "this is lmz" > lmz/index.html
4. #开启服务
systemctl start rpcbind
systemctl start nfs
5. #授权chmod 777 zhuo/ lmz/
6. #设置共享策略
vim /etc/exports
/opt/zhuo 192.168.79.0/24(rw,sync)
/opt/lmz 192.168.79.0/24(rw,sync)
7. #发布服务
exportfs -rv
部署web服务器1（web服务器1：192.168.200.16）：
1. #关闭防火墙
systemctl stop firewalld
setenforce 0
2. #安装httpd、nfs-utils和rpcbind程序
yum install -y httpd
yum install nfs-utils rpcbind -y
3. #查看nfs服务
showmount -e 192.168.200.14
4. #挂载站点
#法一：临时挂载
df
mount 192.168.200.14:/opt/zhou /var/www/html/cat /var/www/html/index.html
#法二：永久挂载
vim /etc/fstab
192.168.200.14:/opt/zhou/ /var/www/html/ nfs defaults,_netdev 0 0
mount -a
5. #开启httpd服务并设置开机自启动
systemctl start httpd
systemctl enable httpd
6. #指定网关
vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33
GATEWAY=192.168.200.12
#DNS1=8.8.8.8
7. #重启网络服务
systemctl restart network
部署web服务器2（web服务器2：192.168.20.15）：
1. #关闭防火墙
systemctl stop firewalld
setenforce 0
2. #安装httpd、nfs-utils和rpcbind程序
yum install -y httpd
yum install nfs-utils rpcbind -y
3. #查看nfs服务
showmount -e 192.168.200.14
4. #挂载站点
#法一：临时挂载
dfmount 192.168.200.14:/opt/lmz /var/www/html/
cat /var/www/html/index.html
#法二：永久挂载
vim /etc/fstab
192.168.200.14:/opt/lmz/ /var/www/html/ nfs defaults,_netdev 0 0
mount -a
5. #开启httpd服务并设置开机自启动
systemctl start httpd
systemctl enable httpd
6. #指定网关
vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33
GATEWAY=192.168.200.12
#DNS1=8.8.8.8
7. #重启网络服务
systemctl restart network
部署负载调度服务器（ens33：192.168.200.12，ens36：12.0.0.1）：
1. #关闭防火墙
systemctl stop firewalld
setenforce 0
2. #安装ipvsadm
yum install ipvsadm.x86_64 -y
3. #打开路由转发功能
vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward = 1
sysctl -p
4. #防火墙做策略
#清空策略
iptables -F
#添加策略
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.200.0/24 -o ens36 -j SNAT --to 12.0.0.1
#查看策略
iptables -nL -t nat
5. #加载LVS内核模块
modprobe ip_vs
cat /proc/net/ip_vs
6. #开启ipvsadm服务
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
systemctl start ipvsadm.service
7. #清空策略
ipvsadm -C
8. #制定策略
#指定IP地址 外网的入口 -s rr 轮询
ipvsadm -A -t 12.0.0.1:80 -s rr
#先指定虚拟服务器再添加真实服务器地址，-r:真实服务器地址 -m指定nat模式
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.200.16:80 -m
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.200.15:80 -m
#开启服务
ipvsadm
9. 查看策略
ipvsadm -ln
Windows客户机验证（Windows客户端：12.0.0.12）
