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什么是集群(cluster)_群集简介和LVS_nat模式配置

时间:2017-02-16 09:33来源:linux运维部落 作者:Linux彼得 举报 点击:
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群集简介:

群集(或集群)和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。

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,但无论哪种群集,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(域名或IP地址),相当于一台大型计算机。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(laod 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。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,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、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.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。

1、负载均衡群集的分层结构:

在典型的负载均衡群集中,包括三个层次的组件。

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VIPvirtual 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HTTPFTP)由服务器池承担,其中的每个节点具有独立的RIPreal IP,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,等侍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,确保整个群集的纺一性,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的负载调度是效果最高的。基于IP的负载均衡模式中,常见的有地址转换(NAT)IP隧道(TUN)、直接路由(DR)这三种工作模式。

地址转换: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。

以上三种工作模式中,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是采用这种方式,相比较而言,DRTUN模式的负载能力更强大,适用范围更广,但节点的安全性要稍差一些。

LVS虚拟服务器:

LVS的负载调度算法:

轮询(rr):将收到的访问请求按照顺序轮流分配给群集中的各个节点(真实服务器),均等地对侍每一台服务器,而不管服务器实际的连接数和系统负载。

加权轮询(wrr):根据真实服务器的处理能力轮流分配收到的访问请求,调度器可以自动查询各节点的负载情况,并动态调整其权重。这样可以保证处理能力强的服务器承担更多的访问流量。

最少连接(lc):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(wlc):在服务器节点的性能差异较大的情况下,可以为真实服务器自动调整权重,权重较高的节点将承担更大比例的活动连接负载。

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。需要手动安装ipvsadm-1.25-9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、删除服务器节点、保存负载分配策略等。

案例1:地址转换模式(LVS-NAT

NAT模式的群集中,LVS负载调度器是所有节点访问internet的网关服务器,其外网地址172.16.16.172同时也作为整个群集的VIP地址。LVS调度器具有两块网卡,分别连接内外网。

对于LVS负载调度器来说,需使用iptables为出站响应配置SNAT转发规则,以便节点服务器能够访问internet。所有的节点服务器(节点1192.168.7.21节点2192.168.7.22)、共享存储(192.168.7.250)均位于私有网络内,其默认网关设为LVS负载调度器的内网地址(192.168.7.254)。

在负载调度器主机上配置负载调度器,具体操作如下:

1)配置SNAT转发策略:

修改sysctl.conf文件,开启路由转发功能并使修改生效

nat表的postrouting规则链上创建SNAT策略

1)  配置负载分配策略:

ipvsadm –lipvsadm -L 显示ipvadm的策略

ipvsadm –C 清除ipvsadm原有的策略或service  ipvsadm  stop也可以清除策略

创建虚拟服务器和添加服务器节点:

查看保存结果:

注:

1命令:清除原有策略;也可以使用service ipvsadm stop清除策略

2条命令:创建虚拟服务器,群集的VIP地址为172.16.16.172,针对TCP80端口提供负载分流服务,使用的调度算法为轮询。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(lc)、加权最少连接(wlc)。若希望使用保持连接,还应添加”-p  600”选项,其中600为保持时间(秒)。

34条命令:添加服务器节点,为虚拟服务器172.16.16.172添加两个服务器节点,IP地址依次为192.168.7.21192.168.7.22。上述操作中,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、-iTUN模式),-w用来设置权重(权重为0时表示暂停节点)。

5条命令:保存策略,要停止selinux,否则策略不会被保存;也可以使用ipvsadm-save >/etc/sysconfig/ipvsadm保存策略

6条命令:设置ipvsadm服务为自动启动

2)  查看群集节点状态

结合选项-L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。

查看节点状态:

查看负载连接情况:

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

在共享存储设备主机上配置共享存储服务(这里使用NFS发布共享服务),具体操作如下:

NFS服务的实现依赖于RPCremote  process  call,远程过程调用)机制,以完成远程到本地的映射过程。在RHEL6系统中,需要安装 nfs-utilsrpcbind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。

NFS服务器上的/opt/wwwroot目录共享给群集中服务器节点(这里用到的是RHEL5.5系统)

/etc/exports配置文件的具体配置如下:

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用户降权对侍)

启动相关服务:

注意:rhel5系统中RPC服务脚本是portmaprhel6系统中RPC服务脚本是rpcbind

注意防火墙规则的设置,要不就将iptables服务停止。

在节点服务器主机上配置节点服务器,具体操作如下:

所有的节点服务器均使用相同的配置,包括httpd服务端口、网站文档内容。实际上各节点的网站文档可存放在共享存储设备中,从而免去同步的过程。

安装httpd软件包,创建测试网页

修改/etc/fstab文件,实现自动挂载

启动httpd服务

其他服务器节点做相同的备配

注:

1、  每一个节点服务器若开启iptables防火墙,要在防火墙上创建允许http数据流的规则

iptables  -I INPUT –p tcp – -dport 80 –j ACCEPT

2、  LVS负载调度器若开启iptables防火墙,要在防火墙上的INPUTFORWARD链上创建允许http数据流的规则。

iptables  -I INPUT –p tcp – -dport 80 –j ACCEPT

iptables  -I FORWARD  -p tcp  – -sport 80 –j ACCEPT

service  iptables save

测试LVS群集:

安排多台测试机,从internet中直接访问http://172.16.16.172,将能够看到由真实服务器提供的网面内容

LVS负载调度器中,通过查看节点状态可以观察当前的负载分配情况,对于轮询算法来说,每个节点所获得的连接负载应大致相当

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。

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,无需指定节点。

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,操作类似于 iptables规则的导出、导入,通过系统服务ipvsadm也可以保存策略,例如: service ipvsadm save;当然也可以快速清除、重建负载分配策略

service ipvsadm stop  //停止服务(清除策略)

service ipvsadm start  //启动服务(重建规则)

 

 

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