Cluster原理

集群的总类：

1.负载均衡集群(LB:Load Banlancing):实现将一个访问量或者任务量特别大的应用，给他

平均分配到不同的服务器上面，以提供高容量、大并发。

2.高可用集群(HA:High Avalibility):将多台计算机组合起来，避免一个服务因某台机器

出现故障，而导致服务中断的，在于保障服务的可持续性。

3.高性能集群(HP:High Performance)又叫科学运算集群:解决复杂的计算，组合起来的集群，一般要很大量

的计算机组成。suse用的比较多

 

集群分别代表的软件

LB：负载均衡集群(LB:Load Banlancing)

lvs(Linux Virtual Serverlinux虚拟服务器)：提供更高的吞吐率、提供冗余、更灵活的实用性

   lvs:ipvsadm(工作在用户空间)/(ipvs工作在内核空间)和iptables/netfilter类似

  

   lvs的四个ip地址

    1)Virtual IP address(VIP):面向用户提供服务的地址

    2)Real IP address(RIP):real server的ip地址

    3)Director's IP address(DIP):director与real server连接的ip地址，DIP是配置在director上面

    4)Client computer's IP address(CIP): 客户端地址

 拓扑图：                            (ip4)web server1

                        [LVS]       /

    user(ip1)----(ip2)director(ip3)

                                    \

                                     (ip5)web server2

 

     ip1表示CIP,ip2表示VIP,ip3表示DIP,ip4和ip5表示RIP

   

   lvs的三个种类(或者三个模型)

     1)NAT:Network address translation网络地址转换(LVS-NAT)--->目标地址转换

        如何实现：

                CIP-->VIP             DIP-->RIP

        Client------------->Director------------->Cluster node(server)

             <-------------        <-------------

                CIP<--VIP             DIP<--VIP

       NAT模型一般承受5-6台server node

 

        拓扑图：

                                     (ip4)web server1

                        [LVS]       /

     user(ip1)----(ip2)director(ip3)

                                    \

                                     (ip5)web server2

     请求的过程:user[S(CIP)D(VIP)]------>director[S(CIP)D(RIP)]----->web 

         涉及到目标地址转换(DNAT)

      回复的过程:web----->director[S(RIP)D(CIP)]----->user[S(VIP)D(CIP)]

         涉及到源地址转换(SNAT)  

      web server 的网关是指向director的DIP。 

        NAT模型的要求:集群节点必须在同一个网段当中，即DIP与RIP在同一个网段；RIP通常使用私有IP

           地址，仅用于和DIP地址进行通信；director将处理在客户端与server之间的所有通信；server

           必须把DIP设置为默认的网关；director可以实现端口映射，即VIP的端口和RIP的端口可以不一

           样；server可以使用任意的操作系统；director所能支持的server的数量不多；

  

     2)Direct routing:直接路由(LVS-DR)使用最多的模型，用于生产环境中

        DR模式可以承受上百台server

     拓扑图：

                                   web server1

                                 (RIP)-----> 虚拟一个VIP

                                 /

 user(CIP)------router--------switch----(VIP/DIP)director

                                 \

                                 (RIP)----> 虚拟一个VIP

                                web server2

       请求的过程:user[S(CIP)D(VIP)]------>director[S(CIP)D(VIP)]----->web 

       回复的过程web------->user[S(VIP)D(CIP)]

     DR模型中web server和director都有两个IP，server是RIP和VIP,每个server的VIP都一样，但是RIP

      不一样。

     DR模型的要求：server必须和director在同一个物理网络上；RIP可以使用公网地址，使用公网地址的好处

     如果director出现故障，可以用dns的A记录来指向server的RIP；director仅处理发来的请求，响应的请求

     将不在通过director；通常server的网关一定不能指向director；director不能做端口映射，server可以

     使用任意的操作系统；director能支持大量的server；

 

     3)IP tunneling:IP隧道(LVS-TUN)

 

   拓扑图：

                                     (RIP)web server1

                                    /

 user(CIP)------router--------network cloud----(VIP/DIP)director

                                    \

                                     (RIP)web server2

       请求的过程:user[S(CIP)D(VIP)]------>director[S(DIP)D(RIP)]----->web

                                             把源[S(CIP)D(VIP)]进行了封装成DIP

       回复的过程：web[S(VIP)D(CIP)]----->user

                     把从director接受到的包解分装，发现源是director的VIP，目的是

                     user的CIP

      TUN模型的要求：server和director在不同的网络上；RIP必须是公网IP地址；director只

      需要处理传来的请求，同时响应的数据包一定不能经过director；director不能做端口映射；

      只有支持IP隧道的操作系统才能是server

 

director的调度server的方法：

1）静态调度方法：fixed Scheduling Methods指director在选举server的时候不会考虑这个server当前

   的连接的活动状态。

代表算法

   RR(Round-robin)轮叫算法

   WRR(Weighted round-robin)加权轮叫算法--->适合server的硬件不同和性能不同

   DH(Destination hashing)目标地址哈希算法---->将同一个ip地址的请求发给同一个server，应                           用的server为sqiud server 缓存服务器

   SH(Source hashing)源地址哈希算法---->适合公司很多员工，然后自己上网的外接口有两个

2）动态调度方法：dynamic scheduling methods指director每选举server的时候会判断这个server当前连接

   状态是不是很多，如果很多则排除在外，然后选择那些连接状态比较少的，如果连接状态都一样多，那就选择排在最上面的。

  TCP连接  活动状态的标识是established并且有数据传输，非活动状态的标识是非established状态的连接，连接还没有断开，但是已经不在传输数据了。还有一种就是根本没有连接

代表算法

   LC(Least-connection)最少连接数---->每当一个新的请求连接进来，director会查看每个                            server上当前处于活动状态的个数和处于非活动状态的个数，计算方法                          overhaed(当前的负载个数)=10(处于活动状态的个数)*256+10000(非活                          动状态)，首先那个server的overhead个数少就选那个server，如果                        server的overhead相同，那就选择排列在server列表的最上方的一个server。

  WLC(Weight Least-connection)是最优算法，也是默认的算法，计算方法overhead/weight(权重)

  SED(Shortst Expected Delay)最少期望延迟---->是WLC的改进算法，在算overhaed值的时候不考                              虑非活动状态的值，计算方法overhaed=(n+1)*256/weight，n表示                              活动的个数，weight表示权重。

  NQ(Never Queue)从不排队---->对SED的算法的改进，先不管overhaed是多少，只要有server的连                   接状态为0，则会给你一个连接个数。

  LBLC(Locality-Based Least-Connection)基于本地的最少连接，是DH算法的动态调度。

  LBLCR(Locality-Based Least-Connection with Replication Scheduing)带复制的基于本地的最                        少连接，时候director后面接cache服务器的，在接后面的server

 

 

LVS的实验：NAT模式

拓扑图：

                                     (ip4)web server1

                        [LVS]       /                 \

     user(ip1)----(ip2)director(ip3)                  ====nfs(来共享文件)  

                                    \                 /

                                     (ip5)web server2

 

ip地址规划

 

保证web server的数据一致---->1.rsync实现文件级别的同步,效率不高

                             2.drbd基于主机的磁盘镜像，高可用集群中用到  

                             3.share storage共享存储 a.DAS直接附加存储  b.NAS(nfs、                                    samba)文件服务  c.SAN存储区域网络，本身具有冗余

 

1.看内核是否支持ipvs

grep -i 'ip_vs' /boot/config-2.6.32-71.el6.i686 

CONFIG_IP_VS=m

CONFIG_IP_VS_IPV6=y

# CONFIG_IP_VS_DEBUG is not set

CONFIG_IP_VS_TAB_BITS=12

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_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

CONFIG_IP_VS_FTP=m

 

2.拓扑规划ip

Client：

ip1(CIP)=192.168.1.1

 

Director：

ip2(VIP)=192.168.1.10 gw=192.168.1.1

ip3(DIP)=192.168.14.50

 

Web server1：

ip4(RIP)=192.168.14.51 gw=192.168.14.50

 

Web Server2:

ip5(RIP)=192.168.14.52 gw=192.168.14.50

 

3.Diretor的配置:

ifconfig eth0 192.168.1.10/24

ifconfig eth1 192.168.14.50

route add default gw 192.168.1.1

iptables -F

a)yum -y install ipvsadm

b)man ipvsadm

ipvsadm -D -t|u|f service-address  删除集群服务

ipvsadm -C    清空集群服务的

ipvsadm -R 

ipvsadm -S [-n]  显示统计数据的

ipvsadm -d -t|u|f service-address -r server-address  从集群服务里面删除real server的

ipvsadm -L|l [options]  显示状态表或者查看

ipvsadm -Z [-t|u|f service-address]  清空计数器的

ipvsadm --set tcp tcpfin udp  设置超时时间

ipvsadm --start-daemon state [--mcast-interface interface]

        [--syncid syncid]

ipvsadm --stop-daemon state

ipvsadm -h  帮助

  1.定义一个集群服务：

       ipvsadm -A|E -t|u|f service-address [-s scheduler]

               [-p [timeout]] [-O] [-M netmask]   定义集群服务

 解释：-A|E -A表示add，E表示修改  

-t|u|f t(后面可接端口号)表示tcp协议，u(后面可接端口号)表示udp协议，f表示firewall-mark   

service-address服务地址即director (VIP)

-s指明调度方法(默认是WLC)

    eg：ipvsadm -A -t  192.168.1.112:80 -s rr

  2.向此集群服务器添加RealServer  

       ipvsadm -a|e -t|u|f service-address -r server-address

               [-g|i|m] [-w weight] [-x upper] [-y lower]   向集群服务添加real server的

    解释：-a|e -A表示add，E表示修改  

-t|u|f t(后面可接端口号)表示tcp协议，u(后面可接端口号)表示udp协议，f表示firewall-mark   

service-address服务地址

        -r 指明real server的地址

     

        -w 表示权重 可以省略，省略表示1，选择这个之前你的算法可以支持权重

-x 连接的个数的上限

-y  连接的个数的下限

eg：ipvsadm -a -t 192.168.1.112:80 -r 192.168.14.51 -m -w 1

   ipvsadm -a -t 192.168.1.112:80 -r 192.168.14.52 -m -w 2 

 

c)设置转发

sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1

or

sed -i '/net.ipv4.ip_forward/s/0/1/'  /etc/sysctl.conf 

sysctl -p

 

4.Web Server1的配置:

ifconfig eth0 192.168.14.51/24

route add default gw 192.168.14.50

a)yum -y install httpd

b)sed -i '$a ServerName 192.168.14.51:80' /etc/httpd/conf/httpd.conf

c)echo "this is web1 server" >> /var/www/html/index.html

d)service httpd restart

 

5.Web Server 的配置

ifconfig eth0 192.168.14.52/24

route add default gw 192.168.14.50

a)yum -y install httpd

b)sed -i '$a ServerName 192.168.14.52:80' /etc/httpd/conf/httpd.conf

c)echo "this is web2 server" >> /var/www/html/index.html

d)service httpd restart

 

 

LVS:DR模型

     拓扑图：

                                   web server1

                                 (RIP)-----> 虚拟一个VIP

                                 /

 user(CIP)------router--------switch----(VIP/DIP)director

                                 \

                                 (RIP)----> 虚拟一个VIP

                                web server2

 

 

1.规划ip

Client：

CIP=172.16.1.1

 

director：

VIP=172.16.1.100---->eth0:1(虚拟的ip)

DIP=172.16.1.200--->eth0

 

web server1：

VIP=172.16.1.100(指向director的VIP) ---> lo:1 (虚拟的ip)  gw可以不配置 配置一定不能指向director的DIP上面

RIP=172.16.1.10---->eth0

 

web server2：

VIP=172.16.1.100---> lo:1 (虚拟的ip)   gw可以不配置 配置一定不能指向director的DIP上面

RIP=172.16.1.20---->eth0

 

 

director的配置：

ifconfig eth0 172.16.1.200/24

ifconfig eth0:1 172.16.1.100 broadcast 172.16.1.100 netmask 255.255.255.255 up

route add -host 172.16.1.100 dev eth0:1

yum -y install ipvsadm

ipvsadm -A -t 172.16.1.100:80 -s wlc

ipvsadm -a -t 172.16.1.100:80 -r 172.16.1.10 -w 2 -g

ipvsadm -a -t 172.16.1.100:80 -r 172.16.1.20 -w 2 -g

 

web server1的配置：

ifconfig eth0 172.16.1.10/24

echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore

echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce

echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore

echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce

ifconfig lo:1 172.16.1.100 broadcast 172.16.1.100 netmask 255.255.255.255 up

route add -host 172.16.1.100 dev lo:1

yum -y install httpd

sed -i '$a ServerName 172.16.1.10:80' /etc/httpd/conf/httpd.conf

echo "this is web1 server" >> /var/www/html/index.html

service httpd restart

 

web server2的配置：

ifconfig eth0 172.16.1.20/24

echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore

echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce

echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore

echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce

ifconfig lo:1 172.16.1.100 broadcast 172.16.1.100 netmask 255.255.255.255 up

route add -host 172.16.1.100 dev lo:1

yum -y install httpd

sed -i '$a ServerName 172.16.1.20:80' /etc/httpd/conf/httpd.conf

echo "this is web2 server" >> /var/www/html/index.html

service httpd restart

 

 

DR模型的脚本

        Real(web) server script

vim /etc/init.d/real

##################

#!/bin/bash

#script to start lvs-dr web server

. /etc/rc.d/init.d/functions

read -p "please input a ip for set up real server VIP:" VIP

case "$1" in

start)

/sbin/ifconfig lo down

/sbin/ifconfig lo up

echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore

echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce

echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore

echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce

/sbin/ifconfig lo:1 $VIP broadcast $VIP netmask 255.255.255.255 up

/sbin/route add -host $VIP dev lo:1

;;

stop)

/sbin/ifconfig lo:1 down

echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore

echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce

echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore

echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce

;;

status)

islothere=`/sbin/ifconfig lo:1 | grep $VIP`

isrothere=`netstat -rn | grep "lo:1" | grep $VIP`

if [ ! "islothere" -o ! "isrothere" ];then

   echo "LVS-DR real server Stopped."

else

   echo "LVS-DR real server Running."

fi

;;

*)

echo " Usage: $0 (start|status|stop)"

exit 1

;;

esac

###########保存退出 +x

service real start|stop|status

 

 

    director script

vim /etc/init.d/ipvs

######

#!/bin/bash

#script to start lvs-dr director server

. /etc/rc.d/init.d/functions

VIP=

RIP1=

RIP2=

PORT=80

case "$1" in

start)

/sbin/ifconfig eth0:1 $VIP broadcast $VIP netmask 255.255.255.255 up

/sbin/route add -host $VIP dev eth0:1

echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward

/sbin/iptables -F

/sbin/ipvsadm -C

ipvsadm -A -t $VIP:$PORT -s wlc

ipvsadm -a -t $VIP:$PORT -r $RIP1 -w 2 -g

ipvsadm -a -t $VIP:$PORT -r $RIP2 -w 2 -g

/bin/touch /var/lock/subsys/ipvsadm &> /dev/null

;;

stop)

echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward

/sbin/ipvsadm -C

/sbin/ifconfig eth0:1 down

/sbin/route del $VIP

/bin/rm -f  /var/lock/subsys/ipvsadm

echo "ipvs is stopped...."

;;

status)

if [ ! -e /var/lock/subsys/ipvsadm ];then

   echo "ipvsadm is stopped..."

else

   echo "ipvsadm is running..."

   ipvsadm -L -n

fi

;;

*)

echo "$0: Usage: $0 (start|status|stop)"

exit 1

;;

esac

######保存退出 +x

service ipvs start|stop|status