Linux学习之路-集群及LVS（2）【25】---20180217

标签：ipvs   静态   动态算法   

• ipvs scheduler：根据其调度时是否考虑各RS当前的负载状态

• 有两种方法：静态方法和动态方法

1、静态方法

• 仅根据算法本身进行调度

• 1、RR：roundrobin，轮询

• 2、WRR：Weighted RR，加权轮询

• 3、SH：Source Hashing

       实现session sticky，源IP地址hash；将来自于同一个IP地址的请求始终发往第一次挑中的RS，从而实现会话绑定

• 4、DH：Destination Hashing

       目标地址哈希，将发往同一个目标地址的请求始终转发至第一次挑中的RS，典型使用场景是正向代理缓存场景中的负载均衡，如：宽带运营商

2、动态方法

• 主要根据每RS当前的负载状态及调度算法进行调度Overhead=value 较小的RS将被调度

• 1、LC：least connections 适用于长连接应用

       Overhead=activeconns）*256+inactiveconns

        Overhead（负载值），activeconns活动链接、当前正在连并有数据通讯的链接个数，inactiveconns非活动链接、连接上了但没有数据通讯

• 2、WLC：Weighted LC，LVS默认调度方法

       Overhead=(activeconns*256+inactiveconns)/weight

       存在的弊端就是刚开始的时候，这时候weight没有发挥出应有的效果

• 3、SED：Shortest Expection Delay,初始连接高权重优先

       Overhead=(activeconns+1)*256/weight

       存在的弊端就是，RS直接weight差别巨大的时候，weight数值大的，负载要多承受的过多

• 4、NQ：Never Queue，第一轮均匀分配，后续SED

• 5、LBLC：Locality-Based LC，动态的DH算法，使用场景：根据（后端）负载状态实现正向代理（负载大就不进行随机调度）

• 6、LBLCR：LBLC with Replication，带复制功能的LBLC

       解决LBLC负载不均衡问题，从负载重的复制到负载轻的RS

二、ipvs

• ipvsadm/ipvs
  

1、ipvs

• grep -i -C 10 "ipvs" /boot/config-VERSION-RELEASE.x86_64

• ipvs集群：

       管理集群服务

       管理服务上的RS

• 程序包：ipvsadm

       Unit File: ipvsadm.service

       主程序：/usr/sbin/ipvsadm

       规则保存工具：/usr/sbin/ipvsadm-save

       规则重载工具：/usr/sbin/ipvsadm-restore

       配置文件：/etc/sysconfig/ipvsadm-config

[root@cenots7a~]#yum install ipvsadm
==========================================================================================
 Package     Arch       Version       Repository       Size
==========================================================================================
Installing:
 ipvsadm     x86_64     1.27-7.el7      base           45 k
Transaction Summary
==========================================================================================

[L@cenots7a~]$grep -i -A 15 ipvs /boot/config-3.10.0-693.17.1.el7.x86_64 
#调度支持的协议
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_PROTO_SCTP=y
#调度支持的算法
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

[root@cenots7a~]#rpm -qi ipvsadm
ipvsadm用于设置，维护和检查Linux内核中的虚拟服务器表。 Linux虚拟服务器可用于构建基于两个或更多节点群集的可扩展网络服务。 群集的活动节点将服务请求重定向到将实际执行服务的一组服务器主机。 支持的功能包括：
   - 两个传输层（第四层）协议（TCP和UDP）
   - 三种数据包转发方法（NAT，隧道和直接路由）
   - 八种负载均衡算法（循环法，加权循环，最小连接，加权最小连接，基于局部的最小连接，基于局部的复制最小连接，目标散列和源散列）
   
[root@cenots7a~]#rpm -ql ipvsadm
/etc/sysconfig/ipvsadm-config
/usr/lib/systemd/system/ipvsadm.service
/usr/sbin/ipvsadm
/usr/sbin/ipvsadm-restore                          #读取配置命令
/usr/sbin/ipvsadm-save                            #保存配置命令
/usr/share/doc/ipvsadm-1.27
/usr/share/doc/ipvsadm-1.27/README
/usr/share/man/man8/ipvsadm-restore.8.gz
/usr/share/man/man8/ipvsadm-save.8.gz
/usr/share/man/man8/ipvsadm.8.gz

二、ipvsadm命令

• 核心功能：

       集群服务管理（VS）：增、删、改、

       集群服务的RS管理：增、删、改

       查看

• ipvsadm -A|E -t|u|f service-address [-s scheduler] [-p [timeout]] [-M netmask] [--pe persistence_engine] [-b sched-flags]

• ipvsadm -D -t|u|f service-address 删除

• ipvsadm –C 清空

• ipvsadm –R 重载

• ipvsadm -S [-n] 保存

• ipvsadm -a|e -t|u|f service-address -r server-address [options]

• ipvsadm -d -t|u|f service-address -r server-address

• ipvsadm -L|l [options]

• ipvsadm -Z [-t|u|f service-address]

1、管理集群服务

• 增、改

       ipvsadm -A|E -t|u|f service-address [-s scheduler]（调度算法） [-p [timeout]]

• 删除

       ipvsadm -D -t|u|f service-address

• service-address

       -t|u|f：

           -t: TCP协议的端口，VIP:TCP_PORT

           -u: UDP协议的端口，VIP:UDP_PORT

           -f：firewall MARK，标记，一个数字

• [-s scheduler]：指定集群的调度算法，默认为wlc

2、管理集群上的RS

• 增、改

       ipvsadm -a|e -t|u|f service-address -r server-address [-g|i|m]（LVS 3种模式） [-w weight]

• 删

       ipvsadm -d -t|u|f service-address -r server-address

• server-address：

       rip[:port] 如省略port，不作端口映射

• 选项：

       lvs类型：

           -g: gateway, dr类型，默认

           -i: ipip, tun类型

           -m: masquerade, nat类型

           -w weight：权重

3、查看及清空

• 清空定义的所有内容

       ipvsadm –C

• 清空计数器

       ipvsadm -Z [-t|u|f service-address]

• 查看

       ipvsadm -L|l [options]

           --numeric, -n：以数字形式输出地址和端口号

           --exact：扩展信息，精确值

           --connection，-c：当前IPVS连接输出

           --stats：统计信息

           --rate ：输出速率信息

• ipvs规则：/proc/net/ip_vs

• ipvs连接：/proc/net/ip_vs_conn

[root@VSserver~]#ipvsadm -ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port   Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  192.168.1.100:80 wrr
  -> 172.18.68.103:80     Masq   3    0     0         
  -> 172.18.68.104:80     Masq   1    0     0  
  
[root@VSserver~]#ipvsadm -ln --stats
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port     Conns   InPkts  OutPkts  InBytes   OutBytes
  -> RemoteAddress:Port
TCP  192.168.1.100:80     237     1383   1013    92061   113827
  -> 172.18.68.103:80    173     1038   693    68681   79459
  -> 172.18.68.104:80    64      345   320    23380   34368
[root@VSserver~]#cat /proc/net/ip_vs_conn
Pro FromIP     FPrt    ToIP     TPrt   DestIP    DPrt   State    Expires PEName PEData
TCP C0A80165    A3DE    C0A80164  0050   AC124468   0050   TIME_WAIT     38
# 192.168.1.101 客户端端口号  VIP    80端口    RIP   内部端口

#删除RS服务器的操作
[root@VSserver~]#ipvsadm -d -t 10.0.0.100:0 -r 172.18.68.104:0
[root@VSserver~]#ipvsadm -ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  10.0.0.100:0 rr persistent 360
  -> 172.18.68.103:0              Route   1      0          0

4、保存及重载规则

• 保存：建议保存至/etc/sysconfig/ipvsadm

       ipvsadm-save > /PATH/TO/IPVSADM_FILE

       ipvsadm -S > /PATH/TO/IPVSADM_FILE

       systemctl stop ipvsadm.service

• 重载：

       ipvsadm-restore < /PATH/FROM/IPVSADM_FILE

       ipvsadm -R < /PATH/FROM/IPVSADM_FILE

       systemctl restart ipvsadm.service

[root@VSserver~]#ipvsadm-save -n > /etc/sysconfig/ipvsadm          #这个文件内没有记录，可能无法启动服务
[root@VSserver~]#ipvsadm -C
[root@VSserver~]#ipvsadm -ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
[root@VSserver~]#service ipvsadm stop
ipvsadm: Clearing the current IPVS table:       [  OK  ]
ipvsadm: Unloading modules:                [  OK  ]
[root@VSserver~]#service ipvsadm start                    #启动的时候会自动读取etc下的记录文件
ipvsadm: Clearing the current IPVS table:       [  OK  ]
ipvsadm: Applying IPVS configuration:          [  OK  ]
[root@VSserver~]#ipvsadm -ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port   Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  192.168.1.100:80 wrr
  -> 172.18.68.103:80     Masq    3   0     0         
  -> 172.18.68.104:80     Masq    1   0     0

5、注意事项

• 负载均衡集群设计时要注意的问题

       (1) 是否需要会话保持

       (2) 是否需要共享存储

           共享存储：NAS， SAN， DS（分布式存储）

           数据同步：

• lvs-nat：

       设计要点：

           (1) RIP与DIP在同一IP网络, RIP的网关要指向DIP

           (2) 支持端口映射

           (3) Director要打开核心转发功能

• 时间同步
  

#实验：实现NTP服务
#VS服务器设置
[root@Centos6-server~]#yum install chrony
[root@Centos6-server~]#vim /etc/chrony.conf 
server 210.72.145.44 iburst   
# Allow NTP client access from local network.
allow 192.168.1.0/24   
# Serve time even if not synchronized to any NTP server.
local stratum 10 

[root@Centos6-server~]#service chronyd start
[root@Centos6-server~]#chkconfig chronyd on

#RS服务器设置
[root@centos7mini~]#vim /etc/chrony.conf
server 192.168.1.100 iburst 

#同步有一定的延迟
210 Number of sources = 1

  .-- Source mode  '^' = server, '=' = peer, '#' = local clock.
 / .- Source state '*' = current synced, '+' = combined , '-' = not combined,
| /   '?' = unreachable, 'x' = time may be in error, '~' = time too variable.
||                                                 .- xxxx [ yyyy ] +/- zzzz
||      Reachability register (octal) -.           |  xxxx = adjusted offset,
||      Log2(Polling interval) --.      |          |  yyyy = measured offset,
||                                \     |          |  zzzz = estimated error.
||                                 |    |           MS Name/IP address         Stratum Poll Reach LastRx Last sample               
===============================================================================
^? 172.18.68.103                 0   6     0     -     +0ns[   +0ns] +/-    0ns

三、LVS高可用性

• LVS的ipvs服务器没有任何的健康性检测功能

• 1 Director不可用，整个系统将不可用；SPoF Single Point of Failure

       解决方案：高可用

       keepalived（轻量化） heartbeat/corosync（重量级）

• 2 某RS不可用时，Director依然会调度请求至此RS

       解决方案： 由Director对各RS健康状态进行检查，失败时禁用，成功时启用

           keepalived heartbeat/corosync

           ldirectord（本身就带ipvsadm的命令配置）

       检测方式：

           (a) 网络层检测，icmp

           (b) 传输层检测，端口探测

           (c) 应用层检测，请求某关键资源

           RS全不用时：backup server, sorry server

• 官方地址：http://horms.net/projects/ldirectord/

1、ldirectord

• ldirectord：监控和控制LVS守护进程，可管理LVS规则

• 包名：ldirectord-3.9.6-0rc1.1.1.x86_64.rpm

• 文件：

       /etc/ha.d/ldirectord.cf 主配置文件

       /usr/share/doc/ldirectord-3.9.6/ldirectord.cf 配置模版

       /usr/lib/systemd/system/ldirectord.service 服务

       /usr/sbin/ldirectord 主程序

       /var/log/ldirectord.log 日志

       /var/run/ldirectord.ldirectord.pid pid文件

2、Ldirectord 配置文件示例

checktimeout=3                               #健康性检查的超时时间，3秒不回应就认为RS服务器不服务了
checkinterval=1                              #探测时间
#fallback=127.0.0.1:80                       #道歉服务器的地址
autoreload=yes                               #自动加载配置文件
logfile="/var/log/ldirectord.log"            #日志文件
quiescent=no                                 #down时yes权重为0，no为删除
#logfile="local0"                            #日志的级别
#emailalert="admin@x.y.z"                    #发送邮件通知
#emailalertfreq=3600
#emailalertstatus=all
quiescent=no                              
virtual=5                                    #指定VS的FWM或IP：port
        real=172.16.0.7:80 gate 2
        real=172.16.0.8:80 gate 1
        fallback=127.0.0.1:80 gate #sorry server
        service=http
        scheduler=wrr
checktype=negotiate
checkport=80
request="index.html"
receive="Test Ldirectord"

[root@VSserver~]#echo Sorry Server > /app/website/index.html 
[root@Client~]#curl 10.0.0.100 
Sorry Server

3、安装 Ldirectord 

[root@VSserver~]#yum install ldirectord-3.9.6-0rc1.1.1.x86_64.rpm 

Dependencies Resolved

============================================================================================================
 Package                   Arch        Version                 Repository                              Size
============================================================================================================
Installing:
 ldirectord                x86_64      3.9.6-0rc1.1.1          /ldirectord-3.9.6-0rc1.1.1.x86_64      191 k
Installing for dependencies:
 cifs-utils                x86_64      4.8.1-20.el6            base                                    65 k
 keyutils                  x86_64      1.4-5.el6               base                                    39 k
 nfs-utils                 x86_64      1:1.2.3-75.el6          base                                   336 k
 nfs-utils-lib             x86_64      1.1.5-13.el6            base                                    71 k
 perl-IO-Socket-INET6      noarch      2.56-4.el6              base                                    17 k
 perl-MailTools            noarch      2.04-4.el6              base                                   101 k
 perl-Net-SSLeay           x86_64      1.35-10.el6_8.1         base                                   174 k
 perl-Socket6              x86_64      0.23-4.el6              base                                    27 k
 perl-TimeDate             noarch      1:1.16-13.el6           base                                    37 k
 resource-agents           x86_64      3.9.5-46.el6            base                                   389 k
 rpcbind                   x86_64      0.2.0-13.el6            base                                    51 k

Transaction Summary
============================================================================================================
Install      12 Package(s)

[root@VSserver~]#rpm -ql ldirectord
/etc/ha.d
/etc/ha.d/resource.d
/etc/ha.d/resource.d/ldirectord
/etc/init.d/ldirectord
/etc/logrotate.d/ldirectord
/usr/lib/ocf/resource.d/heartbeat/ldirectord
/usr/sbin/ldirectord
/usr/share/doc/ldirectord-3.9.6
/usr/share/doc/ldirectord-3.9.6/COPYING
/usr/share/doc/ldirectord-3.9.6/ldirectord.cf
/usr/share/man/man8/ldirectord.8.gz

#实验：配置Ldirectord

#修改配置文件
[root@VSserver~]#cp /usr/share/doc/ldirectord-3.9.6/ldirectord.cf /etc/ha.d/
# Global Directives
checktimeout=3
checkinterval=1
fallback=127.0.0.1:80
autoreload=yes
logfile="/var/log/ldirectord.log"
quiescent=no

# Sample for an http virtual service
virtual=10.0.0.100:80
        real=172.18.68.103:80 gate 3                                     #DR模式 权重为 3
        real=172.18.68.104:80 gate 1
        service=http                                                     #服务软件
        scheduler=wrr
        #persistent=600                                                  #持久连接
        #netmask=255.255.255.255
        protocol=tcp                                                     #
        checktype=negotiate                                              #
        checkport=80                                                     #检查端口
        request="test.html"                                              #测试页面
        receive="test"                                                   #测试内容

#增加测试页面
[root@RS1~]#echo test > /var/www/html/test.html
[root@RS2~]#echo test > /var/www/html/test.html

[root@VSserver~]#service ldirectord start
Starting ldirectord... success

#自动添加的 ipvsadm 的设置
[root@VSserver~]#ipvsadm -ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  10.0.0.100:80 wrr
  -> 172.18.68.103:80             Route   3      0          0         
  -> 172.18.68.104:80             Route   1      0          0  

#测试
[root@Client~]#for i in {1..10} ; do curl 10.0.0.100 ; done
RS1
RS1
RS1
RS2

[root@RS2~]#service httpd stop
[root@VSserver~]#ipvsadm -ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  10.0.0.100:80 wrr
  -> 172.18.68.103:80             Route   3      0          0  

[root@RS2~]#service httpd start
[root@VSserver~]#ipvsadm -ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  10.0.0.100:80 wrr
  -> 172.18.68.103:80             Route   3      0          0         
  -> 172.18.68.104:80             Route   1      0          0  
  
[root@RS1~]#service httpd stop
[root@RS2~]#service httpd stop
[root@VSserver~]#ipvsadm -ln                 
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  10.0.0.100:80 wrr
  -> 127.0.0.1:80                 Local   1      0          0 

[root@VSserver~]#tail /var/log/ldirectord.log
[Thu Mar  8 09:43:09 2018|ldirectord|21342] Deleted real server: 172.18.68.103:80 (10.0.0.100:80)
[Thu Mar  8 09:43:35 2018|ldirectord|21342] Deleted real server: 172.18.68.104:80 (10.0.0.100:80)
[Thu Mar  8 09:43:35 2018|ldirectord|21342] Added fallback server: 127.0.0.1:80 (10.0.0.100:80) (Weight set to 1)
[Thu Mar  8 09:43:50 2018|ldirectord|21342] Resetting soft failure count: 172.18.68.103:80 (tcp:10.0.0.100:80)
[Thu Mar  8 09:43:50 2018|ldirectord|21342] Added real server: 172.18.68.103:80 (10.0.0.100:80) (Weight set to 3)
[Thu Mar  8 09:43:50 2018|ldirectord|21342] Deleted fallback server: 127.0.0.1:80 (10.0.0.100:80)
[Thu Mar  8 09:43:56 2018|ldirectord|21342] Resetting soft failure count: 172.18.68.104:80 (tcp:10.0.0.100:80)
[Thu Mar  8 09:43:56 2018|ldirectord|21342] Added real server: 172.18.68.104:80 (10.0.0.100:80) (Weight set to 1)

#实验：用 ldirectord 完成DR模式MARK调度

#VS服务器上添加MARK标签
[root@VSserver~]#iptables -t mangle -A PREROUTING -d 10.0.0.100 -p tcp -m multiport --dports 80,443 -j MARK --set-mark 10
[root@VSserver~]#iptables -nvL -t mangle
Chain PREROUTING (policy ACCEPT 119 packets, 11983 bytes)
 pkts bytes target     prot opt in     out     source               destination         
    0     0 MARK       tcp  --  *      *       0.0.0.0/0            10.0.0.100          multiport dports 80,443 MARK set 0xa 
    
#设置 ldirectord 配置
[root@VSserver~]#vim /etc/ha.d/ldirectord.cf 
virtual=10                                            #这的10 是根据 mangle 表标签的定义的十六进制数
        real=172.18.68.103 gate 
        real=172.18.68.104 gate 
        service=http
        scheduler=wrr
        #persistent=600
        #netmask=255.255.255.255
        #protocol=tcp
        checktype=negotiate
        checkport=80                                                                                                        
        request="test.html"
        receive="test"

[root@VSserver~]#ipvsadm -ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
FWM  10 wrr                                          #这的10就是根据配置中的
  -> 172.18.68.103:0              Route   3      0          0         
  -> 172.18.68.104:0              Route   1      0          0 

[root@Client~]#for i in {1..10} ; do sleep 0.5 ; curl -k https://10.0.0.100 ; curl 10.0.0.100 ; done
RS1
RS2
RS1
RS2

#实验：上诉实验，所有服务均可以被调度，现在只希望80端口和443端口被调度

#实验基础是DR模型，使用ldriectord服务
[root@Client~]#ssh 10.0.0.100
The authenticity of host '10.0.0.100 (10.0.0.100)' can't be established.
RSA key fingerprint is 67:c6:59:f8:69:2e:a2:9c:96:cf:72:40:61:51:9c:85.
Are you sure you want to continue connecting (yes/no)? yes
Warning: Permanently added '10.0.0.100' (RSA) to the list of known hosts.
root@10.0.0.100's password: 
Last login: Thu Mar  8 08:29:50 2018 from 172.18.0.1

[root@VSserver~]#exit
logout
Connection to 10.0.0.100 closed.

[root@Router~]#iptables -A FORWARD -p tcp -m multiport --dports 80,443 -j ACCEPT           #在中间的路由器上加iptables策略
[root@Router~]#iptables -I FORWARD -m state --state ESTABLISHED,RELATED -j ACCEPT          #只允许之前链接过的服务，以及响应的文件
[root@Router~]#iptables -A FORWARD -j REJECT                                               #其他所有穿过路由器的服务均拒绝
[root@Router~]#iptables -nvL
Chain INPUT (policy ACCEPT 22 packets, 1936 bytes)
 pkts bytes target     prot opt in     out     source               destination         

Chain FORWARD (policy ACCEPT 0 packets, 0 bytes)
 pkts bytes target     prot opt in     out     source               destination         
    0     0 ACCEPT     all  --  *      *       0.0.0.0/0            0.0.0.0/0            state RELATED,ESTABLISHED
    0     0 ACCEPT     tcp  --  *      *       0.0.0.0/0            0.0.0.0/0            multiport dports 80,443
    0     0 REJECT     all  --  *      *       0.0.0.0/0            0.0.0.0/0            reject-with icmp-port-unreachable

Chain OUTPUT (policy ACCEPT 12 packets, 1648 bytes)
 pkts bytes target     prot opt in     out     source               destination   
 
[root@Client~]#curl 10.0.0.100
RS2
[root@Client~]#ssh 10.0.0.100 
ssh: connect to host 10.0.0.100 port 22: Connection refused

Linux学习之路-集群及LVS（2）【25】---20180217

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