使用Lvs+Nginx集群搭建高並發架構的實現示例

Posted on by

高並發站點不僅要考慮網站後端服務的穩定，還需要考慮服務能否接入巨大流量、承受巨大流量，如下圖：

image-20211220234912904

1:流量接入，可以采用Lvs+Nginx集群，這種方式能接入的QPS能高達數百萬

2:通過Lvs實現Nginx集群，Nginx+Tomcat實現後端服務集群，完成瞭從接入層流量處理到後端服務集群高並發處理

1. Lvs介紹

LVS(Linux Virtual Server),即Linux虛擬服務器。它用於多服務器的負載均衡，工作在網絡四層，可以實現高性能，高可用的服務器集群技術，它穩定可靠，即使在集群的服務器中某臺服務器無法正常工作，也不影響整體效果。是基於TCP/IP做的路由和轉發，穩定性和效率極高。

image-20211220235003406

一個LVS集群往往包含以下角色：

1:DS：Director Server。虛擬服務，負責調度

2:RS：Real Server。後端真實的工作服務器。

3:VIP：向外部直接面向用戶請求，作為用戶請求的目標的IP地址

4:DIP：Director Server IP，DS的IP

5:RIP：Real Server IP，後端服務器的IP地址

6:CIP：Client IP,訪問客戶端的IP地址

2. Lvs 負載均衡模式

lvs提供瞭3種負載均衡模式，每種負載均衡模式適用的場景有差異，我們來講解一下這三種負載均衡模式。

2.1 NAT

用戶的請求到分發器後，通過預設的iptables規則，把請求的數據包轉發到後端的RS上去。RS需要設定網關為分發器的內網IP。用戶請求的數據包和返回給用戶的數據包全部經過分發器，所以分發器稱為瓶頸。在NAT模式中，隻需要分發器有公網IP即可，所以比較節省公網IP資源。

image-20211220235042901

2.2 TUN

這種模式需要有一個公共的IP配置在分發器和所有的RS上，我們把它叫做VIP。客戶端請求的目標IP為VIP，分發器接收到請求數據包後，會對數據包做一個加工，會把目標IP改為RS的IP，這樣數據包就到瞭RS上。RS接收數據包後，會還原原始數據包，這樣目標IP為VIP，因為所有RS上配置瞭這個VIP，所以他會認為是它自己。

image-20211220235059900

2.3 DR模式

和IP Tunnel較為相似，不同的是，它會把數據包的MAC地址修改為RS的MAC地址。真實服務器將響應直接返回給客戶。

這種方式沒有IP隧道的開銷，對集群中的真實服務期也沒有必須支持IP隧道協議的要求，但是要求調度器與真實服務器都有一塊網卡連在同一物理網段上。

image-20211220235116751

3. Lvs DR模式配置

綜合上面分析，我們可以得出結論，DR模式性能效率比較高，安全性很高，因此一般公司都推薦使用DR模式。我們這裡也配置DR模式實現Lvs+Nginx集群。

我們準備瞭3臺機器：首先確保三臺機器都安裝瞭Nginx。

1:192.168.183.133	(DS)		192.168.183.150   對外提供服務
2:192.168.183.134	(RS)		192.168.183.150   真實服務處理業務流程 
3:192.168.183.135	(RS)		192.168.183.150   真實服務處理業務流程

VIP:192.168.183.150

3.1 Vip配置

關閉網絡配置管理器(每臺機器都要做)

systemctl stop NetworkManager
systemctl disable NetworkManager

配置虛擬IP(VIP 192.168.183.133中配置)

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

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

重啟網絡服務：

service network restart

我們可以看到在原來的網卡上面添加瞭一個虛擬IP 150。

image-20211220235428594

同時需要對192.168.183.134、192.168.183.135構建虛擬機IP，但隻是用於返回數據，而不能被用戶訪問到，這時候需要操作ifcfg-lo。

IPADDR=127.0.0.1，這裡127.0.0.1屬於本地回環地址，不屬於任何一個有類別地址類。它代表設備的本地虛擬接口，所以默認被看作是永遠不會宕掉的接口。

NETMASK=255.255.255.255

192.168.183.134：
將ifcfg-lo拷貝一份ifcfg-lo:1,並修改ifcfg-lo:1配置，內容如下：

image-20211220235808269

刷新lo：

ifup lo

查看IP可以發現lo下多瞭150ip。

image-20211220235845587

192.168.100.133知行和上面相同的操作。

3.2 LVS集群管理工具安裝

ipvsadm用於對lvs集群進行管理，需要手動安裝。DS安裝即可。

安裝命令：

yum install ipvsadm

版本查看：

ipvsadm -Ln

效果如下：

image-20211221000148927

3.3 地址解析協議

在192.168.183.134和192.168.183.135中操作。

arp_ignore和arp_announce參數都和ARP協議相關，主要用於控制系統返回arp響應和發送arp請求時的動作。這兩個參數很重要，特別是在LVS的DR場景下，它們的配置直接影響到DR轉發是否正常。

arp-ignore：arp_ignore參數的作用是控制系統在收到外部的arp請求時，是否要返回arp響應（0~8，2-8用的很少）

配置文件：/etc/sysctl.conf，將如下文件拷貝進去：

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：此時如果無法識別route，需要安裝相關工具yum install net-tools。

route add -host 192.168.183.150 dev lo:1

添加瞭一個host地址，目的是用於接收數據報文，接收到瞭數據報文後會交給lo:1處理。（防止關機失效，需要將上述命令添加到/etc/rc.local中）

添加完host後，可以查看一下：route -n,能明顯看到效果。

上述配置我們同樣要在192.168.183.135中配置。

3.4 集群配置

ipvsadm命令講解：

ipvsadm -A:用於創建集群
ipvsadm -E:用於修改集群
ipvsadm -D:用於刪除集群
ipvsadm -C:用於清除集群數據
ipvsadm -R:用於重置集群配置規則
ipvsadm -S:用於保存修改的集群規則
ipvsadm -a:用於添加一個rs節點
ipvsadm -e:用於修改一個rs節點
ipvsadm -d:用於刪除一個rs節點

添加集群TCP服務地址：（外部請求由該配置指定的VIP處理）

ipvsadm -A -t 192.168.183.150:80 -s rr

參數說明：

  • -A：添加集群配置
  • -t：TCP請求地址(VIP)
  • -s：負載均衡算法

負載均衡算法：

算法 說明
rr 輪詢算法，它將請求依次分配給不同的rs節點，也就是RS節點中均攤分配。這種算法簡單，但隻適合於RS節點處理性能差不多的情況
wrr 加權輪訓調度，它將依據不同RS的權值分配任務。權值較高的RS將優先獲得任務，並且分配到的連接數將比權值低的RS更多。相同權值的RS得到相同數目的連接數。
Wlc 加權最小連接數調度，假設各臺RS的全職依次為Wi，當前tcp連接數依次為Ti，依次去Ti/Wi為最小的RS作為下一個分配的RS
Dh 目的地址哈希調度（destination hashing）以目的地址為關鍵字查找一個靜態hash表來獲得需要的RS
SH 源地址哈希調度（source hashing）以源地址為關鍵字查找一個靜態hash表來獲得需要的RS
Lc 最小連接數調度（least-connection）,IPVS表存儲瞭所有活動的連接。LB會比較將連接請求發送到當前連接最少的RS.
Lblc 基於地址的最小連接數調度（locality-based least-connection）：將來自同一個目的地址的請求分配給同一臺RS，此時這臺服務器是尚未滿負荷的。否則就將這個請求分配給連接數最小的RS，並以它作為下一次分配的首先考慮。

DS中配置rs(2個)節點：

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

參數說明：

  • -a：給集群添加一個節點
  • -t：指定VIP地址
  • -r：指定real server地址
  • -g：表示LVS的模式為dr模式

添加瞭節點後，我們通過ipvsadm -Ln查看，可以看到多瞭2個節點。

此時集群列表中客戶端請求數據和TCP通信數據會持久化保存，為瞭更好看到效果，我們可以把時間設置成2秒保存，如下命令：

ipvsadm --set 2 2 2

此時我們請求http://192.168.183.150/測試

可以發現請求會在兩臺Nginx輪詢切換。

到此這篇關於使用Lvs+Nginx集群搭建高並發架構的實現示例的文章就介紹到這瞭,更多相關Lvs Nginx集群搭建高並發內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！

推薦閱讀：