基于VMware环境Linux服务器集群方案--LVS+Keepalived (1)
一、LVS项目简介LVS--Linux Virtual Server（Linux虚拟服务器）。针对高可伸缩、高可用网络服务的需求，LVS采用了基于IP层和基于内容请求分发的负载平衡调度解决方法，并在Linux内核中实现了这些方法，将一组服务器构成一个实现可伸缩的、高可用网络服务的虚拟服务器。
一组服务器通过高速的局域网或者地理分布的广域网相互连接，在它们的前端有一个负载调度器。负载调度器能无缝地将网络请求调度到真实服务器上，从而使得服务器集群的结构对客户是透明的，客户访问集群系统提供的网络服务就像访 问一台高性能、高可用的服务器一样。客户程序不受服务器集群的影响不需作任何修改。系统的伸缩性通过在服务机群中透明地加入和删除一个节点来达到，通过检 测节点或服务进程故障和正确地重置系统达到高可用性。
二、IP虚拟服务器软件IPVS
在调度器的实现技术中，IP负载均衡技术是效率最高的。在已有的IP负载均衡技术中有通过网络地址转换（Network Address Translation）将一组服务器构成一个高性能的、高可用的虚拟服务器，称之为VS/NAT技术（Virtual Server via Network Address Translation），大多数商品化的IP负载均衡调度器产品都是使用此方法，如Cisco的LocalDirector、F5的Big/IP和 Alteon的ACEDirector。在分析VS/NAT的缺点和网络服务的非对称性的基础上，LVS提供通过IP隧道实现虚拟服务器的方法VS/TUN （Virtual Server via IP Tunneling），和通过直接路由实现虚拟服务器的方法VS/DR（Virtual Server via Direct Routing），它们可以极大地提高系统的伸缩性。所以，IPVS软件实现了这三种IP负载均衡技术，它们的大致原理如下：
1、Virtual Server via Network Address Translation（VS/NAT）
通过网络地址转换，调度器重写请求报文的目标地址，根据预设的调度算法，将请求分派给后端的真实服务器；真实服务器的响应报文通过调度器时，报文的源地址被重写，再返回给客户，完成整个负载调度过程。
2、Virtual Server via IP Tunneling（VS/TUN）
采用NAT技术时，由于请求和响应报文都必须经过调度器地址重写，当客户请求越来越多时，调度器的处理能力将成为瓶颈。为了解决这个问题，调度器把请求报文通过IP隧道转发至真实服务器，而真实服务器将响应直接返回给客户，所以调度器只处理请求报文。由于一般网络服务应答比请求报文大许多，采用 VS/TUN技术后，集群系统的最大吞吐量可以提高10倍。
3、Virtual Server via Direct Routing（VS/DR）
VS/DR通过改写请求报文的MAC地址，将请求发送到真实服务器，而真实服务器将响应直接返回给客户。同VS/TUN技术一样，VS/DR技术可极大地提高集群系统的伸缩性。这种方法没有IP隧道的开销，对集群中的真实服务器也没有必须支持IP隧道协议的要求，在三种方法中效率最高，但是要求调度器与真实服务器都有一块网卡连在同一物理网段上。
针对不同的网络服务需求和服务器配置，IPVS调度器实现了如下八种负载调度算法：
1、轮叫（Round Robin）：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。
2、加权轮叫（Weighted Round Robin）：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。
3、最少链接（Least Connections）：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。
4、加权最少链接（Weighted Least Connections）：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。
5、基于局部性的最少链接（Locality-Based Least Connections）："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。
6、带复制的基于局部性最少链接（Locality-Based Least Connections with Replication）："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。
7、目标地址散列（Destination Hashing）："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。
8、源地址散列（Source Hashing）："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。
更多内容参考LVS中文站点：http://zh.linuxvirtualserver.org/
三、服务器设置及IP分配，本环境基于VMware安装四台CentOS5.4服务器（真实服务器配置类同），服务器分配如下：
Virtual IP：192.168.195.10 -- 虚拟服务器IP，用户通过该IP入口
Load Balancer(Active Router)：192.168.195.3 -- 真实服务器IP
Backup Router：192.168.195.4 -- 备份服务器IP
Real Server 1：192.168.195.5 -- WEB服务器IP
Real Server 2：192.168.192.6 -- WEB服务器IP
拓扑图如下（Keepalived、FastDFS将在后文描述）：
四、基于DR模式LVS集群安装配置
1、根据Linux内核版本下载相应IPVS软件，下载地址：http://www.linuxvirtualserver.org/software/index.html，（注意版本对应），Eg：ipvsadm-1.24.tar.gz，安装过程如下：
#tar -zvxf ipvsadm-1.24.tar.gz
#cd ipvsadm-1.24
#ln -s /usr/src/kernels/2.6.18-164.el5-i686/ /usr/src/linux
#make && make install
2、编写shell脚本管理LVS的运行，在Load Balancer服务器（192.168.195.3）建立“lvsDR”shell文件，代码如下：
01 #!/bin/sh
02
03 VIP=192.168.195.10 #Virtual IP
04
05 RIP1=192.168.195.5 #Real Server IP
06
07 RIP2=192.168.195.6 #Real Server IP
08
09 /etc/rc.d/init.d/functions
10
11 case "$1" in
12
13 start)
14
15 echo "start LVS of DR"
16
17 /sbin/ifconfig eth0:1 $VIP broadcast $VIP netmask 255.255.255.255 up #注意子网掩码
18
19 /sbin/route add -host $VIP dev eth0:1
20
21 /sbin/ipvsadm -C
22
23 /sbin/ipvsadm -A -t $VIP:80 -s rr
24
25 /sbin/ipvsadm -a -t $VIP:80 -r $RIP1:80 -g
26
27 /sbin/ipvsadm -a -t $VIP:80 -r $RIP2:80 -g
28
29 /sbin/ipvsadm
30
31 ;;
32
33 stop)
34
35 echo "close LVS of DR"
36
37 /sbin/ifconfig eth0:1 down
38
39 /sbin/ipvsadm -C
40
41 ;;
42
43 *)
44
45 echo "Usage:$0{start|stop}"
46
47 exit 1
48
49 esac
3、编写两个Real Server（192.168.195.5、192.168.195.6）运行的shell脚本“RS”shell文件，代码如下：
01 #!/bin/sh
02 VIP=192.168.195.10 #Virtual Server IP
03 /etc/rc.d/init.d/functions
04 case "$1" in
05 start)
06 echo "Start LVS of RS"
07 /sbin/ifconfig lo:0 $VIP broadcast $VIP netmask 255.255.255.255 up #注意子网掩码
08 /sbin/ifconfig lo:0 $VIP broadcast $VIP netmask 255.255.255.255 -arp
09 /sbin/route add -host $VIP dev lo:0
10 echo "1">/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
11 echo "2">/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
12 echo "1">/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
13 echo "2">/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
14 sysctl -p
15 ;;
16 stop)
17 /sbin/ifconfig lo:0 down
18 echo "Close LVS of RS"
19 echo "0">/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
20 echo "0">/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
21 echo "0">/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
22 echo "0">/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
23 sysctl -p
24 ;;
25 *)
26 echo "Usage:$0{start|stop}"
27 exit 1
28 esac
4、LVS运行及监控
a) Real Server服务器运行命令：#./RS start，（停止命令：#./RS stop），记得运行WEB服务器；
b) Load Balancer服务器运行命令：#./lvsDR start，（停止命令：#./lvsDR stop）；
c) 查看LVS状态：#ipvsadm；
d) 在浏览器输入http://192.168.195.10即可。
参考文档：
LVS项目介绍：http://www.linuxvirtualserver.org/zh/lvs1.html
VMWare虚拟机环境下的Linux服务器集群 - 使用LVS+Heartbeat+Ldirectord：http://hi.baidu.com/litaosmile/blog/item/3a8410dcb7f260a6cc1166d0.html
VMware5环境下集群LVS实战解析：http://server.iyunv.com/n/20090826/4249.html
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