使用Lvs+Nginx集群搭建高并发架构的实现示例

1. Lvs介绍

LVS(Linux Virtual Server),即Linux虚拟服务器。它用于多服务器的负载均衡，工作在网络四层，可以实现高性能，高可用的服务器集群技术，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。是基于TCP/IP做的路由和转发，稳定性和效率极高。

一个LVS集群往往包含以下角色：

1:DS：Director Server。虚拟服务，负责调度

2:RS：Real Server。后端真实的工作服务器。

3: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

4:DIP：Director Server IP，DS的IP

5:RIP：Real Server IP，后端服务器的IP地址

6:CIP：Client IP,访问客户端的IP地址

2. Lvs 负载均衡模式

lvs提供了3种负载均衡模式，每种负载均衡模式适用的场景有差异，我们来讲解一下这三种负载均衡模式。

2.1 NAT

用户的请求到分发器后，通过预设的iptables规则，把请求的数据包转发到后端的RS上去。RS需要设定网关为分发器的内网IP。用户请求的数据包和返回给用户的数据包全部经过分发器，所以分发器称为瓶颈。在NAT模式中，只需要分发器有公网IP即可，所以比较节省公网IP资源。

2.2 TUN

这种模式需要有一个公共的IP配置在分发器和所有的RS上，我们把它叫做VIP。客户端请求的目标IP为VIP，分发器接收到请求数据包后，会对数据包做一个加工，会把目标IP改为RS的IP，这样数据包就到了RS上。RS接收数据包后，会还原原始数据包，这样目标IP为VIP，因为所有RS上配置了这个VIP，所以他会认为是它自己。

2.3 DR模式

和IP Tunnel较为相似，不同的是，它会把数据包的MAC地址修改为RS的MAC地址。真实服务器将响应直接返回给客户。

这种方式没有IP隧道的开销，对集群中的真实服务期也没有必须支持IP隧道协议的要求，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。

3. Lvs DR模式配置

综合上面分析，我们可以得出结论，DR模式性能效率比较高，安全性很高，因此一般公司都推荐使用DR模式。我们这里也配置DR模式实现Lvs+Nginx集群。

我们准备了3台机器：首先确保三台机器都安装了Nginx。

1:192.168.183.133	(DS)		192.168.183.150   对外提供服务
2:192.168.183.134	(RS)		192.168.183.150   真实服务处理业务流程 
3:192.168.183.135	(RS)		192.168.183.150   真实服务处理业务流程

VIP:192.168.183.150

3.1 Vip配置

关闭网络配置管理器(每台机器都要做)

systemctl stop NetworkManager
systemctl disable NetworkManager

配置虚拟IP(VIP 192.168.183.133中配置)

在/etc/sysconfig/network-scripts创建文件ifcfg-ens33:1，内容如下：

BOOTPROTO=static
DEVICE=ens33:1
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.183.150
NETMASK=255.255.255.0

重启网络服务：

service network restart

我们可以看到在原来的网卡上面添加了一个虚拟IP 150。

同时需要对192.168.183.134、192.168.183.135构建虚拟机IP，但只是用于返回数据，而不能被用户访问到，这时候需要操作ifcfg-lo。

IPADDR=127.0.0.1，这里127.0.0.1属于本地回环地址，不属于任何一个有类别地址类。它代表设备的本地虚拟接口，所以默认被看作是永远不会宕掉的接口。

NETMASK=255.255.255.255

192.168.183.134：
将ifcfg-lo拷贝一份ifcfg-lo:1,并修改ifcfg-lo:1配置，内容如下：

刷新lo：

ifup lo

查看IP可以发现lo下多了150ip。

192.168.100.133知行和上面相同的操作。

3.2 LVS集群管理工具安装

ipvsadm用于对lvs集群进行管理，需要手动安装。DS安装即可。

安装命令：

yum install ipvsadm

版本查看：

ipvsadm -Ln

效果如下：

3.3 地址解析协议

在192.168.183.134和192.168.183.135中操作。

arp_ignore和arp_announce参数都和ARP协议相关，主要用于控制系统返回arp响应和发送arp请求时的动作。这两个参数很重要，特别是在LVS的DR场景下，它们的配置直接影响到DR转发是否正常。

arp-ignore：arp_ignore参数的作用是控制系统在收到外部的arp请求时，是否要返回arp响应（0~8，2-8用的很少）

配置文件：/etc/sysctl.conf，将如下文件拷贝进去：

net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.default.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.default.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.lo.arp_announce = 2

刷新配置：

sysctl -p

添加路由：此时如果无法识别route，需要安装相关工具yum install net-tools。

route add -host 192.168.183.150 dev lo:1

添加了一个host地址，目的是用于接收数据报文，接收到了数据报文后会交给lo:1处理。（防止关机失效，需要将上述命令添加到/etc/rc.local中）

添加完host后，可以查看一下：route -n,能明显看到效果。

上述配置我们同样要在192.168.183.135中配置。

3.4 集群配置

ipvsadm命令讲解：

ipvsadm -A:用于创建集群
ipvsadm -E:用于修改集群
ipvsadm -D:用于删除集群
ipvsadm -C:用于清除集群数据
ipvsadm -R:用于重置集群配置规则
ipvsadm -S:用于保存修改的集群规则
ipvsadm -a:用于添加一个rs节点
ipvsadm -e:用于修改一个rs节点
ipvsadm -d:用于删除一个rs节点

添加集群TCP服务地址：（外部请求由该配置指定的VIP处理）

ipvsadm -A -t 192.168.183.150:80 -s rr

参数说明：

-A：添加集群配置
-t：TCP请求地址(VIP)
-s：负载均衡算法

负载均衡算法：

算法	说明
rr	轮询算法，它将请求依次分配给不同的rs节点，也就是RS节点中均摊分配。这种算法简单，但只适合于RS节点处理性能差不多的情况
wrr	加权轮训调度，它将依据不同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。
Wlc	加权最小连接数调度，假设各台RS的全职依次为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
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表来获得需要的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
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。

DS中配置rs(2个)节点：

ipvsadm -a -t 192.168.183.150:80 -r 192.168.183.134:80 -g
ipvsadm -a -t 192.168.183.150:80 -r 192.168.183.135:80 -g

参数说明：

-a：给集群添加一个节点
-t：指定VIP地址
-r：指定real server地址
-g：表示LVS的模式为dr模式

添加了节点后，我们通过ipvsadm -Ln查看，可以看到多了2个节点。

此时集群列表中客户端请求数据和TCP通信数据会持久化保存，为了更好看到效果，我们可以把时间设置成2秒保存，如下命令：

ipvsadm --set 2 2 2

此时我们请求http://192.168.183.150/测试

可以发现请求会在两台Nginx轮询切换。

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