目录
一、LVS负载均衡群集
1.群集的的概念
二、LVS负载均衡群集运用理论
1.负载均衡群集架构
2.LVS的基本原理
3.LVS负载均衡的三种模式
1）NAT（地址转换）
2）DR（直接路由）
3）TUN（IP隧道）
三、LVS虚拟机Linux Virtual Server
1.Linux Virtual Server
2.LVS的负载调度算法
1）固定调度算法：rr，wrr，dh，sh
2）动态调度算法：wlc，lc，lblc
四.ipvsadm工具选项说明
五.LVS-NAT模式部署
1.准备虚拟机
2.配置节点服务器（192.168.10.123、192.168.10.124）
3.配置负载调度器
4.进行测试
一、LVS负载均衡群集
1.群集的的概念
1）群集的定义
Cluster，集群（也称群集）由多台主机构成，但对外只表现为一一个整体，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
2）群集的作用
对于企业服务的的性能提升一般会有两种方式：
纵向扩展 ： 对服务器的CPU 内存 硬盘 等硬件进行升级或者扩容来实现的 性能上限会有瓶颈，成本昂贵，收效比不高等问题
横向扩展 ： 通过增加服务器主机数量来应该高并发的场景
3）群集的目的
提高性能：计算密集应用。如天气预报，核试验模拟
降低成本：相对百万美元的超级计算机，价格便宜
提高可扩展性：只要增加集群节点即可
增强可靠性：多个节点完成相同功能，避免单点失败
4）企业级群集的类型
负载均衡（LB）：提高应用系统的响应效率，处理更多的访问请求，减少延迟，提高并发和负载能力。 同时也是如今企业运用最多的群集类型。
典型代表：软件类（Nginx LVS HAProxy SLB） 硬件类（F5 绿盟）
高可用（HA）： 提高应用系统的可靠性，减少服务中断时间，确保服务的连续性（通过使用 N 个 9 来代表高可用的指标）
典型代表：keepalived、heartbeat
高性能运算（HPC）：将多台主机的硬件计算资源整合到一起实现分布式运用
典型代表：云计算、分布式计算
二、LVS负载均衡群集运用理论
LVS的相关话术：
DS：Director Server。指的是前端负载均衡器
RS：Real Server。节点服务器，后端真实的工作服务器
VIP：向外部直接面向用户请求，作为用户请求的目标的IP地址
DIP：Director Server IP，主要用于和内部主机通讯的IP地址
RIP：Real Server IP，后端服务器的IP地址
CIP：Client IP，访问客户端的IP地址
1.负载均衡群集架构
第一层：负载调度器：通过VIP接收用户的请求，再通过调度算法确定要转发的节点服务器
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：服务器池中的节点服务器：通过RIP接收调度器转发来的请求，并处理请求进行响应
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 ：为各个节点服务器提供稳定、一致的文件存取服务，比如NAS+NFS，文件服务器+NFS，分布式对象存储等存储设备
2.LVS的基本原理
当用户向负载均衡器（Director Server）发起请求，调度器将请求发送至内核空间
Prerouting链首先会接收到用户请求，判断目标IP确定是本机IP，将数据包发送到INPUT链
IPVS是工作在INPUT链上的，当用户请求到达INPUT时，IPVS会将用户请求和自己已经定义好的集群服务进行对比，如果用户请求的就是定义的集群服务，那么此时IPVS会强行修改数据包里的目标IP地址及端口，并将新的数据包发送到POSTROUTING链，POSTROUTING链接收数据包后发现目标IP地址刚好是自己的后端服务器，那么此时通过选路，将数据包最终发送到后端的服务器
3.LVS负载均衡的三种模式
群集的负载调度技术有三种工作模式：地址转换（NAT模式） ，直接路由（DR模式），IP隧道（IP-TUN）。对于商用来说，最常用是NAT模式和DR模式
1）NAT（地址转换）
原理：首先负载均衡器接收到客户的请求数据包时，根据调度算法决定将请求发送给哪个后端的真实服务器（RS）。然后负载均衡器就把客户端发送的请求数据包的目标IP地址及端口改成后端真实服务器的IP地址（RIP）。真实服务器响应完请求后，查看默认路由，把响应后的数据包发送给负载均衡器，负载均衡器在接收到响应包后，把包的源地址改成虚拟地址（VIP）然后发送回给客户端。
优点：集群中的服务器可以使用任何支持TCP/IP的操作系统，只要负载均衡器有一个合法的IP地址。
缺点：扩展性有限，当服务器节点增长过多时，由于所有的请求和应答都需要经过负载均衡器，因此负载均衡器将成为整个系统的瓶颈。
2）DR（直接路由）
原理：首先负载均衡器接收到客户的请求数据包时，根据调度算法决定将请求发送给哪个后端的真实服务器（RS）。然后负载均衡器就把客户端发送的请求数据包的目标MAC地址改成后端真实服务器的MAC地址（R-MAC）。真实服务器响应完请求后，查看默认路由，把响应后的数据包直接发送给客户端，不需要经过负载均衡器。
优点：负载均衡器只负责将请求包分发给后端节点服务器，而RS将应答包直接发给用户。所以，减少了负载均衡器的大量数据流动，负载均衡器不再是系统的瓶颈，也能处理很巨大的请求量。
缺点：需要负载均衡器与真实服务器RS都有一块网卡连接到同一物理网段上，必须在同一个局域网环境。
3）TUN（IP隧道）
原理：首先负载均衡器接收到客户的请求数据包时，根据调度算法决定将请求发送给哪个后端的真实服务器（RS）。然后负载均衡器就把客户端发送的请求报文封装一层IP隧道（T-IP）转发到真实服务器（RS）。真实服务器响应完请求后，查看默认路由，把响应后的数据包直接发送给客户端，不需要经过负载均衡器。
优点：负载均衡器只负责将请求包分发给后端节点服务器，而RS将应答包直接发给用户。所以，减少了负载均衡器的大量数据流动，负载均衡器不再是系统的瓶颈，也能处理很巨大的请求量。
缺点：隧道模式的RS节点需要合法IP，这种方式需要所有的服务器支持“IP Tunneling”。
三、LVS虚拟机Linux Virtual Server
1.Linux Virtual Server
针对Linux内核开发的负载均衡
1998年5月，由我国的章文嵩博士创建
官方网站：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来一种高效的解决方法
2.LVS的负载调度算法
1）固定调度算法：rr，wrr，dh，sh
rr：轮询算法，将请求依次分配给不同的rs节点，即RS节点中均摊分配。适合于RS所有节点处理性能接近的情况。
wrr：加权轮训调度，依据不同RS的权值分配任务。权值较高的RS将优先获得任务，并且分配到的连接数将比权值低的RS更多。相同权值的RS得到相同数目的连接数。
dh：目的地址哈希调度（destination hashing）以目的地址为关键字查找一个静态hash表来获得所需RS。
sh：源地址哈希调度（source hashing）以源地址为关键字查找一个静态hash表来获得需要的RS。
2）动态调度算法：wlc，lc，lblc
wlc：加权最小连接数调度，假设各台RS的权值依次为Wi，当前tcp连接数依次为Ti，依次去Ti/Wi为最小的RS作为下一个分配的RS。
lc：最小连接数调度（least-connection），IPVS表存储了所有活动的连接。LB会比较将连接请求发送到当前连接最少的RS。
lblc：基于地址的最小连接数调度（locality-based least-connection）：将来自同一个目的地址的请求分配给同一台RS，此时这台服务器是尚未满负荷的。否则就将这个请求分配给连接数最小的RS，并以它作为下一次分配的首先考虑。
四.ipvsadm工具选项说明
| 选项 | 含义 |
| -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：lc、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（默认关闭连接保持） |
| -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 |
五.LVS-NAT模式部署
1.准备虚拟机
192.168.10.122 LVS调度器
192.168.10.123 web服务器1
192.168.10.124 web服务器2
192.168.10.125 NFS共享存储
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0
vim /etc/selinux/config
SELINUX=disabledyum install nfs-utils rpcbind -y
systemctl start rpcbind.service
systemctl start nfs.servicesystemctl enable nfs.service
systemctl enable rpcbind.servicemkdir /opt/web1 /opt/web2
chmod 777 /opt/web1 /opt/web2
echo 'this is web test1 !' > /opt/web1/index.html
echo 'this is web test2!' > /opt/web2/index.htmlvim /etc/exports
/usr/share *(ro,sync)
/opt/web1 192.168.73.0/24(rw,sync)
/opt/web2 192.168.73.0/24(rw,sync)--发布共享---
exportfs -rv2.配置节点服务器（192.168.10.123、192.168.10.124）
两台web节点服务器相同的操作
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0
vim /etc/selinux/config
SELINUX=disabledyum install httpd -y
systemctl start httpd.service
systemctl enable httpd.serviceyum install nfs-utils rpcbind -y
showmount -e 192.168.73.108systemctl start rpcbind
systemctl enable rpcbindweb1节点服务器操作：
mount.nfs 192.168.10.125:/opt/web1 /var/www/htmlvim /etc/fstab
192.168.10.125:/opt/web1 /var/www/html nfs defaults,_netdev 0 0mount -a
web2节点服务器操作：
mount.nfs 192.168.10.125:/opt/web2 /var/www/html
vim /etc/fstab
192.168.10.125:/opt/web2 /var/www/html nfs defaults,_netdev 0 0mount -a3.配置负载调度器
（内网关 ens33：192.168.10.122，外网关 ens36：12.0.0.1）
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0vim /etc/selinux/config
SELINUX=disabled（1）配置SNAT转发规则（如果内网想主动连接外网的话，需要配置SNAT策略）
vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward = 1或 echo '1' > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
sysctl -p
#安装iptables 如果是centos7 系统
yum install -y iptables-services iptablesiptables -t nat -F
iptables -F
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.10.0/24 -o ens36 -j SNAT --to-source 12.0.0.1（2）加载LVS内核模块
modprobe ip_vs #加载 ip_vs模块
cat /proc/net/ip_vs #查看 ip_vs版本信息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/ipvsadmsystemctl start ipvsadm.service（4）配置负载分配策略（NAT模式只要在服务器上配置，节点服务器不需要特殊配置）
ipvsadm -C #清除原有策略
ipvsadm -A -t 12.0.0.1:80 -s rr [-p 60]
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.10.123:80 -m [-w 1]
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.10.124:80 -m [-w 1]
ipvsadm #启用策略ipvsadm -ln #查看节点状态，Masq代表 NAT模式保存LVS的配置策略以及删除策略的方法：
ipvsadm-save > /opt/ipvsadm #保存策略
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
----------------------------------------------------------------------------------------------------------
ipvsadm -d -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.10.123:80 #删除群集中某一节点服务器
ipvsadm -D -t 12.0.0.1:80 #删除整个虚拟服务器
systemctl stop ipvsadm #停止服务（清空策略）
systemctl start ipvsadm #启动服务（根据/etc/sysconfig/ipvsadm重建配置）
ipvsadm-restore < /opt/ipvsadm #恢复LVS 策略4.进行测试
在一台IP为12.0.0.12的客户机使用浏览器访问 http://12.0.0.1/ ，不断刷新浏览器测试负载均衡效果，刷新间隔需长点（或者关闭Web服务的连接保持）
