Linux集群架构
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一、Linux集群概述
根据功能划分为两大类：高可用和负载均衡
高可用集群通常为两台服务器，一台工作，另外一台作为冗余，当提供服务的机器宕机，冗余将接替继续提供服务
实现高可用的开源软件有：heartbeat、keepalived
负载均衡集群，需要有一台服务器作为分发器，它负责把用户的请求分发给后端的服务器处理，在这个集群里，除了分发器外，就是给用户提供服务的服务器了，这些服务器数量至少为2
实现负载均衡的开源软件有LVS、keepalived、haproxy、nginx，商业的有F5、Netscaler
二、keepalived介绍
在这里我们使用keepalived来实现高可用集群，因为heartbeat在centos6上有一些问题，影响实验效果
keepalived通过VRRP（Virtual Router Redundancy Protocl）来实现高可用。
在这个协议里会将多台功能相同的路由器组成一个小组，这个小组里会有1个master角色和N（N>=1）个backup角色。
master会通过组播的形式向各个backup发送VRRP协议的数据包，当backup收不到master发来的VRRP数据包时，就会认为master宕机了。此时就需要根据各个backup的优先级来决定谁成为新的master。
Keepalived要有三个模块，分别是core、check和vrrp。其中core模块为keepalived的核心，负责主进程的启动、维护以及全局配置文件的加载和解析，check模块负责健康检查，vrrp模块是来实现VRRP协议的。
三、用keepalived配置高可用集群
准备两台机器，分别作为master和backup
在两台机器上都安装keepalived：yum install -y keepalived
使用Nginx测试高可用集群（在实际工作者nginx常作为负载均衡器，它是不允许出现单点错误），在两台机器上都安装nginx。
修改master主机上的keepalived配置文件：vim /etc/keepalived/keepalived.conf
写入一下内容覆盖原配置，参考：https://coding.net/u/aminglinux/p/aminglinux-book/git/blob/master/D21Z/master_keepalived.conf
global_defs {
notification_email {
#告警邮箱
}
notification_email_from [email protected]
smtp_server 127.0.0.1
smtp_connect_timeout 30
router_id LVS_DEVEL
}
vrrp_script chk_nginx {
#检查服务的检测脚本
script "/usr/local/sbin/check_ng.sh"
interval 3
}
vrrp_instance VI_1 {
#担任的角色
state MASTER
interface ens33
virtual_router_id 51
#权重
priority 100
advert_int 1
authentication {
#认证形式：密码形式
auth_type PASS
#定义密码
auth_pass aminglinux>com
}
virtual_ipaddress {
#虚拟ip
192.168.157.100
}
track_script {
chk_nginx
}
}
在master主机上编辑监控nginx脚本，并写入一下内容：vim /usr/local/sbin/check_ng.sh
参考网址：https://coding.net/u/aminglinux/p/aminglinux-book/git/blob/master/D21Z/master_check_ng.sh
#!/bin/bash
#时间变量，用于记录日志
d=`date --date today +%Y%m%d_%H:%M:%S`
#计算nginx进程数量
n=`ps -C nginx --no-heading|wc -l`
#如果进程为0，则启动nginx，并且再次检测nginx进程数量，
#如果还为0，说明nginx无法启动，此时需要关闭keepalived
if [ $n -eq "0" ]; then
/etc/init.d/nginx start
n2=`ps -C nginx --no-heading|wc -l`
if [ $n2 -eq "0" ]; then
echo "$d nginx down,keepalived will stop" >> /var/log/check_ng.log
systemctl stop keepalived
fi
fi
修改脚本权限：chmod 755 /usr/local/sbin/check_ng.sh
启动keepalived服务：systemctl start keepalived
此时关闭master上的nginx服务，系统会再次启动nginx服务
keepalived的相关日志：/var/log/messges
使用命令ip add 可以查看keepalived中配置的虚拟ip：
在配置backup前，关闭两台机器上的防火墙和SElinux
修改backup主机上的keepalived配置文件：vim /etc/keepalived/keepalived.conf
写入一下内容覆盖原配置，参考：https://coding.net/u/aminglinux/p/aminglinux-book/git/blob/master/D21Z/backup_keepalived.conf
global_defs {
notification_email {
}
notification_email_from [email protected]
smtp_server 127.0.0.1
smtp_connect_timeout 30
router_id LVS_DEVEL
}
vrrp_script chk_nginx {
script "/usr/local/sbin/check_ng.sh"
interval 3
}
vrrp_instance VI_1 {
state BACKUP
interface ens33
virtual_router_id 51 需要与master一直
priority 90 比master权重低
advert_int 1
authentication {
auth_type PASS
auth_pass aminglinux>com
}
virtual_ipaddress {
192.168.157.100 需要与master一直
}
track_script {
chk_nginx
}
}
在backup主机上编辑监控nginx脚本，并写入一下内容：vim /usr/local/sbin/check_ng.sh
参考网址：https://coding.net/u/aminglinux/p/aminglinux-book/git/blob/master/D21Z/backup_check_ng.sh
#!/bin/bash
#时间变量，用于记录日志
d=`date --date today +%Y%m%d_%H:%M:%S`
#计算nginx进程数量
n=`ps -C nginx --no-heading|wc -l`
#如果进程为0，则启动nginx，并且再次检测nginx进程数量，
#如果还为0，说明nginx无法启动，此时需要关闭keepalived
if [ $n -eq "0" ]; then
#yum安装使用systemctl，编译安装使用/etc/init.d/nginx
/etc/init.d/nginx start
n2=`ps -C nginx --no-heading|wc -l`
if [ $n2 -eq "0" ]; then
echo "$d nginx down,keepalived will stop" >> /var/log/check_ng.log
systemctl stop keepalived
fi
fi
backup上修改脚本权限：chmod 755 /usr/local/sbin/check_ng.sh
backup上启动服务： systemctl start keepalived
测试keepalived服务
在游览器远程访问：192.168.157.100 显示在master主机上
- 再次启动master主机上的keepalived服务，游览器访问192.16157.100，再次回到master主机上。（因为master设置的权重比backup高）
四、负载均衡集群介绍
主流开源软件LVS、keepalived、haproxy、nginx等
其中LVS属于4层（网络OSI 7层模型），nginx属于7层，haproxy既可以认为是4层，也可以当做7层使用
keepalived的负载均衡功能其实就是lvs
lvs这种4层的负载均衡是可以分发除80外的其他端口通信的，比如MySQL的，而nginx仅仅支持http，https，mail，haproxy也支持MySQL这种
相比较来说，LVS这种4层的更稳定，能承受更多的请求，而nginx这种7层的更加灵活，能实现更多的个性化需求
五、LVS介绍
LVS是由国人章文嵩开发
流行度不亚于apache的httpd，基于TCP/IP做的路由和转发，稳定性和效率很高
LVS最新版本基于Linux内核2.6，有好多年不更新了
LVS有三种常见的模式：NAT、DR、IP Tunnel
LVS架构中有一个核心角色叫做分发器（Load balance），它用来分发用户的请求，还有诸多处理用户请求的服务器（Real Server，简称rs）
LVS NAT模式
这种模式借助iptables的nat表来实现，
用户的请求到分发器后，通过预设的iptables规则，把请求的数据包转发到后端的rs上去，
rs需要设定网关为分发器的内网ip。
用户请求的数据包和返回给用户的数据包全部经过分发器，所以分发器成为瓶颈，在nat模式中，只需要分发器有公网ip即可，所以比较节省公网ip资源
LVS IP Tunnel模式
这种模式，需要有一个公共的IP配置在分发器和所有rs上，我们把它叫做vip
客户端请求的目标IP为vip，分发器接收到请求数据包后，会对数据包做一个加工，会把目标IP改为rs的IP，这样数据包就到了rs上
rs接收数据包后，会还原原始数据包，这样目标IP为vip，因为所有rs上配置了这个vip，所以它会认为是它自己
LVS DR模式
这种模式，也需要有一个公共的IP配置在分发器和所有rs上，也就是vip
和IP Tunnel不同的是，它会把数据包的MAC地址修改为rs的MAC地址
rs接收数据包后，会还原原始数据包，这样目标IP为vip，因为所有rs上配置了这个vip，所以它会认为是它自己
六、 LVS调度算法
轮询 Round-Robin rr ：调度器通过"轮叫"调度算法将外部请求按顺序轮流分配到集群中的真实服务器上，它均等地对待每一台服务器，而不管服务器上实际的连接数和系统负载。
加权轮询 Weight Round-Robin wrr ：调度器通过"加权轮叫"调度算法根据真实服务器的不同处理能力来调度访问请求。这样可以保证处理能力强的服务器处理更多的访问流量。调度器可以自动问询真实服务器的负载情况，并动态地调整其权值。
最小连接 Least-Connection lc：调度器通过"最少连接"调度算法动态地将网络请求调度到已建立的链接数最少的服务器上。如果集群系统的真实服务器具有相近的系统性能，采用"最小连接"调度算法可以较好地均衡负载。
加权最小连接 Weight Least-Connection wlc ：在集群系统中的服务器性能差异较大的情况下，调度器采用"加权最少链接"调度算法优化负载均衡性能，具有较高权值的服务器将承受较大比例的活动连接负载。调度器可以自动问询真实服务器的负载情况，并动态地调整其权值。
基于局部性的最小链接 Locality-Based Least Connections lblc ："基于局部性的最少链接" 调度算法是针对目标IP地址的负载均衡，目前主要用于Cache集群系统。该算法根据请求的目标IP地址找出该目标IP地址最近使用的服务器，若该服务器 是可用的且没有超载，将请求发送到该服务器；若服务器不存在，或者该服务器超载且有服务器处于一半的工作负载，则用"最少链接"的原则选出一个可用的服务 器，将请求发送到该服务器。
带复制的基于局部性最小链接 Locality-Based Least Connections with Replication lblcr ："带复制的基于局部性最少链接"调度算法也是针对目标IP地址的负载均衡，目前主要用于Cache集群系统。它与LBLC算法的不同之处是它要维护从一个 目标IP地址到一组服务器的映射，而LBLC算法维护从一个目标IP地址到一台服务器的映射。该算法根据请求的目标IP地址找出该目标IP地址对应的服务 器组，按"最小连接"原则从服务器组中选出一台服务器，若服务器没有超载，将请求发送到该服务器，若服务器超载；则按"最小连接"原则从这个集群中选出一 台服务器，将该服务器加入到服务器组中，将请求发送到该服务器。同时，当该服务器组有一段时间没有被修改，将最忙的服务器从服务器组中删除，以降低复制的 程度。
目标地址散列调度 Destination Hashing dh ："目标地址散列"调度算法根据请求的目标IP地址，作为散列键（Hash Key）从静态分配的散列表找出对应的服务器，若该服务器是可用的且未超载，将请求发送到该服务器，否则返回空。
源地址散列调度 Source Hashing sh ："源地址散列"调度算法根据请求的源IP地址，作为散列键（Hash Key）从静态分配的散列表找出对应的服务器，若该服务器是可用的且未超载，将请求发送到该服务器，否则返回空。
七、LVS NAT模式搭建
实验环境,设置三台虚拟机
分发器，也叫调度器（简写为dir）内网：192.168.157.128（仅主机），外网：192.168.88.88
lvs-rs1 内网：192.168.157.130（仅主机），设置网关（分发器的内网IP）：192.168.157.128
lvs-rs2 内网：192.168.157.129（仅主机），设置网关（分发器的内网IP）：192.168.157.128
分别关闭三台主机上的firewalld和selinux，并开启iptables
关闭firewalld：systemctl stop firewalld
禁止开启启动firewalld：systemctl disable firewalld
开启iptables：systemctl start iptables
开机启动iptables：systemctl enable iptables
清空iptables规则：iptables -F
保存iptables规则：service iptables save
关闭selinux：setenforce 0
在分发器dir上安装ipvsdam：yum install -y ipvsadm
在分发器dir上编写脚本，vim /usr/local/sbin/lvs_nat.sh 内容如下
#! /bin/bash
# director 服务器上开启路由转发功能
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
# 关闭icmp的重定向
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/send_redirects
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/default/send_redirects
# 注意区分网卡名字，阿铭的两个网卡分别为ens33和ens37
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/ens33/send_redirects
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/ens37/send_redirects
# director 设置nat防火墙
iptables -t nat -F
iptables -t nat -X
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.157.0/24 -j MASQUERADE
# director设置ipvsadm
IPVSADM='/usr/sbin/ipvsadm'
$IPVSADM -C
#选项-s选择算法，选项-p持续分发时间参数不能为0
$IPVSADM -A -t 192.168.88.88:80 -s rr -p 3
#选项-m模式nat，选项-w权重
$IPVSADM -a -t 192.168.88.88:80 -r 192.168.157.130:80 -m -w 1
$IPVSADM -a -t 192.168.88.88:80 -r 192.168.157.129:80 -m -w 1
修改脚本权限：chmod 755 /usr/local/sbin/lvs_nat.sh
启动ipvsadm脚本：sh /usr/local/sbin/lvs_nat.sh
查看ipvsadm当前策略：ipvsadm -l
- 测试（算法为rr，轮询模式）：结果依次访问两个sr服务器
- 测试（算法为wrr，加权轮询 ）：结果访问两次sr1（权重设置为2）后访问一次sr2（权重设置为1）
扩展
2 高可用架构的意义
3 Keepalived的实现原理
VRRP协议
https://blog.csdn.net/u013920085/article/details/21184143
4 LVS 三种模式图解
http://blog.51cto.com/jiekeyang/1839583
5 fullnat模式
https://ieevee.com/tech/2015/12/08/fullnat.html