Linux-Load blance
在实际应用中,在Web服务器集群之前总会有一台负载均衡服务器,负载均衡设备的任务就是作为Web服务器流量的入口,挑选最合适的一台Web服务器,将客户端的请求转发给它处理,实现客户端到真实服务端的透明转发。最近几年很火的「云计算」以及分布式架构,本质上也是将后端服务器作为计算资源、存储资源,由某台管理服务器封装成一个服务对外提供,客户端不需要关心真正提供服务的是哪台机器,在它看来,就好像它面对的是一台拥有近乎无限能力的服务器,而本质上,真正提供服务的,是后端的集群。
负载均衡的类型
负载均衡可以采用硬件设备(例如常常听见的F5),也可以采用软件负载。
商用硬件负载设备成本通常较高(一台几十万上百万很正常),所以在条件允许的情况下我们会采用软件负载;
软件负载解决的两个核心问题是:选谁、转发,其中最著名的是LVS(Linux Virtual Server)
LVS是神马东西
LVS是Linux Virtual Server的简称,也就是Linux虚拟服务器, 是一个由章文嵩博士发起的自由软件项目,它的官方站点是www.linuxvirtualserver.org。现在LVS已经是 Linux标准内核的一部分,在Linux2.4内核以前,使用LVS时必须要重新编译内核以支持LVS功能模块,但是从Linux2.4内核以后,已经完全内置了LVS的各个功能模块,无需给内核打任何补丁,可以直接使用LVS提供的各种功能。
LVS有神马作用
LVS主要用于服务器集群的负载均衡。它工作在网络层,可以实现高性能,高可用的服务器集群技术。它廉价,可把许多低性能的服务器组合在一起形成一个超级服务器。它易用,配置非常简单,且有多种负载均衡的方法。它稳定可靠,即使在集群的服务器中某台服务器无法正常工作,也不影响整体效果。另外可扩展性也非常好。
LVS自从1998年开始,发展到现在已经是一个比较成熟的技术项目了。可以利用LVS技术实现高可伸缩的、高可用的网络服务,例如WWW服务、Cache服务、DNS服务、FTP服务、MAIL服务、视频/音频点播服务等等,有许多比较著名网站和组织都在使用LVS架设的集群系统,例如:Linux的门户网站(www.linux.com)、向RealPlayer提供音频视频服务而闻名的Real公司(www.real.com)、全球最大的开源网站(sourceforge.net)等。
LVS的体系结构
使用LVS架设的服务器集群系统有三个部分组成:
(1)最前端的负载均衡层,用Load Balancer表示;
(2)中间的服务器集群层,用Server Array表示;
(3)最底端的数据共享存储层,用Shared Storage表示;
在用户看来,所有的内部应用都是透明的,用户只是在使用一个虚拟服务器提供的高性能服务。
LVS负载均衡机制
(1)LVS是四层负载均衡,也就是说建立在OSI模型的第四层——传输层之上,传输层上有我们熟悉的TCP/UDP,LVS支持TCP/UDP的负载均衡。因为LVS是四层负载均衡,因此它相对于其它高层负载均衡的解决办法,比如DNS域名轮流解析、应用层负载的调度、客户端的调度等,它的效率是非常高的。
(2)LVS的转发主要通过修改IP地址(NAT模式,分为源地址修改SNAT和目标地址修改DNAT)、修改目标MAC(DR模式)来实现。
①NAT模式:网络地址转换
NAT(Network Address Translation)是一种外网和内网地址映射的技术。NAT模式下,网络数据报的进出都要经过LVS的处理。LVS需要作为RS(真实服务器)的网关。当包到达LVS时,LVS做目标地址转换(DNAT),将目标IP改为RS的IP。RS接收到包以后,仿佛是客户端直接发给它的一样。RS处理完,返回响应时,源IP是RS IP,目标IP是客户端的IP。这时RS的包通过网关(LVS)中转,LVS会做源地址转换(SNAT),将包的源地址改为VIP,这样,这个包对客户端看起来就仿佛是LVS直接返回给它的。客户端无法感知到后端RS的存在。
②DR模式:直接路由
DR模式下需要LVS和RS集群绑定同一个VIP(RS通过将VIP绑定在loopback实现),但与NAT的不同点在于:请求由LVS接受,由真实提供服务的服务器(RealServer, RS)直接返回给用户,返回的时候不经过LVS。详细来看,一个请求过来时,LVS只需要将网络帧的MAC地址修改为某一台RS的MAC,该包就会被转发到相应的RS处理,注意此时的源IP和目标IP都没变,LVS只是做了一下移花接木。RS收到LVS转发来的包时,链路层发现MAC是自己的,到上面的网络层,发现IP也是自己的,于是这个包被合法地接受,RS感知不到前面有LVS的存在。而当RS返回响应时,只要直接向源IP(即用户的IP)返回即可,不再经过LVS。
(3)DR负载均衡模式数据分发过程中不修改IP地址,只修改mac地址,由于实际处理请求的真实物理IP地址和数据请求目的IP地址一致,所以不需要通过负载均衡服务器进行地址转换,可将响应数据包直接返回给用户浏览器,避免负载均衡服务器网卡带宽成为瓶颈。因此,DR模式具有较好的性能,也是目前大型网站使用最广泛的一种负载均衡手段。
3.1 实验结构总览
(1)本次基于VMware Workstation搭建一个四台Linux(CentOS 6.4)系统所构成的一个服务器集群,其中两台负载均衡服务器(一台为主机,另一台为备机),另外两台作为真实的Web服务器(向外部提供http服务,这里仅仅使用了CentOS默认自带的http服务,没有安装其他的类似Tomcat、Jexus服务)。
(2)本次实验基于DR负载均衡模式,设置了一个VIP(Virtual IP)为192.168.80.200,用户只需要访问这个IP地址即可获得网页服务。其中,负载均衡主机为192.168.80.100,备机为192.168.80.101。Web服务器A为192.168.80.102,Web服务器B为192.168.80.103。
3.2 基础准备工作
以下工作针对所有服务器,也就是说要在四台服务器中都要进行配置:
(1)绑定静态IP地址
命令模式下可以执行setup命令进入设置界面配置静态IP地址;x-window界面下可以右击网络图标配置;配置完成后执行service network restart重新启动网络服务;
验证:执行命令ifconfig
(2)设定主机名
①修改当前会话中的主机名,执行命令hostname xxxx (这里xxxx为你想要改为的名字)
②修改配置文件中的主机名,执行命令vi /etc/sysconfig/network (√一般需要进行此步凑才能永久更改主机名)
验证:重启系统reboot
(3)IP地址与主机名的绑定
执行命令vi /etc/hosts,增加一行内容,如下(下面的从节点以你自己的为主,本实验搭建了两个从节点):
192.168.80.100 lvs-master
192.168.80.101 lvs-slave
#下面是本次试验的两个真实服务器节点
192.168.80.102 lvs-webserver1
192.168.80.103 lvs-webserver2
保存后退出
验证:ping lvs-master
(4)关闭防火墙
①执行关闭防火墙命令:service iptables stop
验证:service iptables stauts
②执行关闭防火墙自动运行命令:chkconfig iptables off
验证:chkconfig --list | grep iptables
3.3 配置两台Web服务器
以下操作需要在角色为Web服务器的两台中进行,不需要在负载均衡服务器中进行操作:
(1)开启http服务
命令:service httpd start
补充:chkconfig httpd on -->将httpd设为自启动服务
(2)在宿主机访问Web网页,并通过FTP工具上传自定义网页:这里上传一个静态网页,并通过更改其中的html来区别两台Web服务器,以下图所示为例,其中一台显示from 192.168.80.102,而另一台显示from 192.168.80.103;
(3)编辑realserver脚本文件
①进入指定文件夹:cd /etc/init.d/
②编辑脚本文件:vim realserver
![](/assets/blank.gif)
SNS_VIP=192.168.80.200 /etc/rc.d/init.d/functions case "$1" in start)ifconfig lo:0 $SNS_VIP netmask 255.255.255.255 broadcast $SNS_VIP/sbin/route add -host $SNS_VIP dev lo:0echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignoreecho "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announceecho "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignoreecho "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announcesysctl -p >/dev/null 2>&1echo "RealServer Start OK";; stop)ifconfig lo:0 downroute del $SNS_VIP >/dev/null 2>&1echo "0" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignoreecho "0" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announceecho "0" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignoreecho "0" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announceecho "RealServer Stoped";; *)echo "Usage: $0 {start|stop}"exit 1 esac exit 0
![](/assets/blank.gif)
这里我们设置虚拟IP为:192.168.80.200
③保存脚本文件后更改该文件权限:chmod 755 realserver
④开启realserver服务:service realserver start
3.4 配置主负载服务器
(1)安装Keepalived相关包
yum install -y keepalived
在CentOS下,通过yum install命令可以很方便地安装软件包,但是前提是你的虚拟机要联网;
(2)编辑keepalived.conf配置文件
①进入keepalived.conf所在目录:cd /etc/keepalived
②首先清除掉keepalived原有配置:> keepalived.conf
③重新编辑keepalived配置文件:vi keepalived.conf
![](/assets/blank.gif)
global_defs { notification_email { edisonchou@hotmail.com } notification_email_from sns-lvs@gmail.com smtp_server 192.168.80.1 smtp_connection_timeout 30router_id LVS_DEVEL # 设置lvs的id,在一个网络内应该是唯一的 } vrrp_instance VI_1 { state MASTER #指定Keepalived的角色,MASTER为主,BACKUP为备 interface eth1 #指定Keepalived的角色,MASTER为主,BACKUP为备virtual_router_id 51 #虚拟路由编号,主备要一致priority 100 #定义优先级,数字越大,优先级越高,主DR必须大于备用DR advert_int 1 #检查间隔,默认为1sauthentication { auth_type PASS auth_pass 1111 } virtual_ipaddress { 192.168.80.200 #定义虚拟IP(VIP)为192.168.2.33,可多设,每行一个} } # 定义对外提供服务的LVS的VIP以及port virtual_server 192.168.80.200 80 { delay_loop 6 # 设置健康检查时间,单位是秒 lb_algo wrr # 设置负载调度的算法为wlc lb_kind DR # 设置LVS实现负载的机制,有NAT、TUN、DR三个模式 nat_mask 255.255.255.0 persistence_timeout 0 protocol TCP real_server 192.168.80.102 80 { # 指定real server1的IP地址weight 3 # 配置节点权值,数字越大权重越高 TCP_CHECK { connect_timeout 10 nb_get_retry 3 delay_before_retry 3 connect_port 80 } } real_server 192.168.80.103 80 { # 指定real server2的IP地址weight 3 # 配置节点权值,数字越大权重越高 TCP_CHECK { connect_timeout 10 nb_get_retry 3 delay_before_retry 3 connect_port 80 } } }
![](/assets/blank.gif)
(3)开启keepalived服务
service keepalived start
3.5 配置从负载服务器
从负载服务器与主负载服务器大致相同,只是在keepalived的配置文件中需要改以下两处:
(1)将state由MASTER改为BACKUP
(2)将priority由100改为99
![](/assets/blank.gif)
vrrp_instance VI_1 { state BACKUP # 这里改为BACKUPinterface eth1 virtual_router_id 51 priority 99 # 这里改为99,master优先级是100advert_int 1 authentication { auth_type PASS auth_pass 1111 } virtual_ipaddress { 192.168.80.200 } }
![](/assets/blank.gif)
3.6 验证性测试
(1)指定请求的均衡转发:因为两个Web服务器的权重都一样,所以会依次转发给两个Web服务器;
(2)Web服务器发生故障时:
①A发生故障后,只从B获取服务;
这里模拟192.168.80.102发生故障,暂停其http服务:service httpd stop
再来看看这时从外部访问VIP时,便会只从192.168.80.103获取网页:
②A故障修复后,又从A获取服务;
这里模拟192.168.80.102修复完成,重启其http服务:service httpd start
再来看看这时从外部访问VIP,又可以从192.168.80.102获取网页:
(3)主负载均衡服务器发生故障时,备机立即充当主机角色提供请求转发服务:
这里模拟192.168.80.100发生故障,暂停其keepalived服务:service keepalived stop
再来看看这时从外部访问VIP,还是可以正常获取网页:
学习小结
LVS是目前广为采用的软件负载均衡解决方案,在一些大型企业级系统及互联网系统中应用。本次,简单地了解了一下LVS,并在Linux下搭建了一个小小的测试环境,借助Keepalived实现了一个最小化的负载均衡测试环境。LVS是一个可以工作在网络第四层的负载均衡软件,因此它相对于Nginx一类工作在第七层的负载均衡软件有着无可比拟的性能优势,而且它还是我国的章文嵩博士(现在阿里的副总裁,淘宝的技术专家)作为创始人发起的,现已经成为Linux内核的组成部分。
当然,目前流行的LVS解决方案中,在Web服务器端也有采用了Nginx+Tomcat这样的搭配类型,静态文件和动态文件分开进行处理,也不失为一种有效的尝试。在以后的日子里,我还会尝试下在Linux下借助Jexus跑ASP.NET MVC项目,试试.NET项目在Linux下的运行效果,希望到时也可以做一些分享。好了,今天就到此停笔。
参考资料
(1)王晨纯,《Web基础架构:负载均衡和LVS》:http://www.importnew.com/11229.html
(2)win_xp,《LVS简介及使用》:http://www.cnblogs.com/codebean/archive/2011/07/25/2116043.html
(3)jiwang1980,《LVS+Keepalived》:http://7567567.blog.51cto.com/706378/578289
(4)南飞蚂蚁的BLOG,《Linux负载均衡软件LVS之概念篇》:http://ixdba.blog.51cto.com/2895551/552947
(5)AKing王国,《四层和七层负载均衡的区别》:http://kb.cnblogs.com/page/188170/
作者:周旭龙
出处:http://edisonchou.cnblogs.com/
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