使用Lvs+Nginx集群搭建高并发架构的实现示例

高并发站点不仅要考虑网站后端服务的稳定,还需要考虑服务能否接入巨大流量、承受巨大流量,如下图:

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1:流量接入,可以采用Lvs+Nginx集群,这种方式能接入的QPS能高达数百万

2:通过Lvs实现Nginx集群,Nginx+Tomcat实现后端服务集群,完成了从接入层流量处理到后端服务集群高并发处理

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。

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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。

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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。

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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。

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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)

/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。

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同时需要对192.168.183.134192.168.183.135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
ifcfg-lo拷贝一份ifcfg-lo:1,并修改ifcfg-lo:1配置,内容如下:

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刷新lo:

ifup lo

查看IP可以发现lo下多了150ip。

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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:

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3.3 地址解析协议

192.168.183.134192.168.183.135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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