LVS负载均衡群集（集群）

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前言

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一、集群介绍

当没有做负载均衡的时候，nginx服务器将动态请求代理到Tmocat上，但是每个Tomcat的请求次数是有限的，如果超过请求的次数，那么Tomcat服务器就会出现崩溃，造成雪崩的情况。

1、集群的含义

Clister，集群、群集

由多台主机构成，但对外值表现为一个整体，只提供一个访问入口（域名与ip地址）；相当于一台大型计算机。

2、为什么需要使用群集

互联网应用中，随着站点对硬件性能、相应速度、服务器稳定性，数据可靠性要求越来越高，单台服务器已经无法满足负载均衡及高可用的要求。

集群解决的方法

使用价格昂贵的小型机、大型机。​
使用多台相对廉价的普通服务器构建服务群集。​
​通过整合多台服务器，使用LVS来达到服务器高可用和负载均衡，并于同一个IP地址对外提供相同服务。​
​这就是企业中常用的一种群集技术——LVS（Linux Virtual Server ，Linux虚拟服务器）

二、集群类型

（一）、根据集群针对的目标差异，可分为三种

负载均衡群集（LB）
高可用群集（HA）
高性能群集

1、负载均衡群集（Load Balance Cluster）----简称：LB

①提高应用系统的响应能力，尽可能处理更多的访问请求，减少延时为目标，获得高并发、高负载（LB）的整体性能。
②LB的负载分配依赖于主节点的分流算法。
以nginx和2个tomcat组合为例：当第一批客户端访问nginx动态时，使用负载均衡，将客户访问页面请求平均分发到两个tomcat上，过了一段时间有第二批客户来访，此时第一批某些客户访问结束，但是两个tomcat所剩的连接数不一定是一样的，那么此时第二批客户的请求分发时，就不能再使用第一次以轮询的方式分发，而是根据后台tomcat连接数进行分发。

2、高可用群集（High Availability Cluster）----简称：HA

①提高应用系统的可靠性、尽可能的减少终端时间为目标，确保服务的连续性，达到高可用（HA）的容错效果。

②HA的工作方式包括双工和主从两种模式

3、高性能运算群集（High Performance Computer Cluster）

①提高应用系统的CPU运算速度，苦战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
②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。

三、负载均衡群集架构

1、负载均衡的结构

第一层：负载调度器（Load Balancer 或 Director）

第二层：服务器池（Server Pool）

第三层：共享存储（Share Storage）

1.1、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。

1.2、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。

1.3、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。

四、负载均衡集群工作模式分析

负载均衡群集是目前企业用的最多的群集类型
群集的负载调度技术有三种工作模式
地址转换： NAT地址映射
IP隧道： 隧道模式叠加网络
直接路由 ： DR

（一）、NAT模式（地址转换）

1、NetworkAddress Translation ，简称NAT模式

2、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 。

3、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，安全性要优于其它两种方式。

（二）、TUN模式（IP隧道）

1、IP Tunel。简称TUN模式

2、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，而不再经过负载的调度器。

3、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地址哦，通过专用IP隧道与负载调度器相互通信

（三）、DR模式（直接路由） ☆

1、Direct Routing，简称DR模式

2、采用半开放式的网络结构，与TUN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物理网络

3、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。

五、LVS虚拟服务器

（一）、Linux Virtual Server

①针对Linux内核开发的负载均衡解决方案
②1998年5月，由我国的章文嵩博士创建
③官方网站: http://www.linuxvirtualserver.org
④LVS 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
使用 LVS 可以达到的技术目标是：通过 LVS 达到的负载均衡技术和 Linux 操作系统实现一个高性能高可用的 Linux 服务器集群，具有良好的可靠性、可扩展性和可操作性。从而以低廉的成本实现最优的性能。LVS 是一个实现负载均衡集群的开源软件项目，LVS 架构从逻辑上可分为调度层、Server 集群层和共享存储层。

1、使用场景

工作位置
①单台LVS服务器的话：LVS只做LB负载调度器，那么工作再4层，并且工作再4层的LVS负载均衡能在LVS、Nginx、Apache、Haproxy几个常用的负载均衡器中时最强的，而且在K8S中，默认的负载均衡技术就是LVS。
②如果作为HA高可用的负载均衡，LVS+keepalived，那么工作再4层和7层

（二）、LVS 与 Nginx 功能对比

LVS 比 Nginx 具有更强的抗负载能力，性能高，对内存和 CPU 资源消耗较低；
LVS 工作在网络层，具体流量由操作系统内核进行处理，Nginx 工作在应用层，可针对 HTTP 应用实施一些分流策略；
LVS 安装配置较复杂，网络依赖性大，稳定性高。Nginx 安装配置较简单，网络依赖性小；
LVS 不支持正则匹配处理，无法实现动静分离效果。Nginx 可实现这方面的功能；
LVS 适用的协议范围广。Nginx 仅支持 HTTP、HTTPS、Email 协议，适用范围小；

（三）、软件负载均衡的种类

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