linux 集群
一、集群概述
1. 集群是什么
定义：一组协同工作的服务器，对外表现为一个整体
集群的意义：更好的利用现有资源实现服务的高度可用
集群的扩展方式：
垂直扩展：更换服务器硬件
水平扩展：添加更多的服务器节点
常见的集群拓扑
2. 集群的分类
2.1 负载均衡集群 - LBC（Load balancing clusters）
使用目的：减轻单台服务器的压力，将用户请求分担给多台主机一起处理
实现方法：
软件：LVA RAC Nginx
硬件：F5 BIG-IP
负载均衡集群架构拓扑
调度器分类
触发条件不同
四层：传输层 IP + PORT
七层：应用层 URL
实现原理不同
四层：TCP 连接只建立一次，客户端和正式服务器
七层：TCP 连接建立两次，客户端和负载调度器，负载调度器和真实服务器
实现场景不同
四层：TCP 应用 如：基于 C/S 架构的ERP系统
七层：THHP 应用 如：根据用户访问域名的方式，判断用户语言
安全性不同
四层：转发 SYN 攻击
七层：可以拦截 SYN 攻击
使用范围：业务并发较大的应用程序
2.2 高可用集群 - HAC（High Available clusters）
使用目的：最大限度的保证用户的应用持久，不间断的提供服务
最大限度
99% 99 87.6小时 99.9% 999 8.8小时 99.99% 9999 53分钟 99.999% 99999 5分钟
实现原理：心跳检测
实现方法
软件
heartbeat linux-HA
RHCS
ROSE
keepalived
硬件
F5
特殊情况：脑分裂
可能出现的问题：数据不完整、数据不可访问
解决方法：预防：冗余、强制隔离：电源交换机
使用范围：需要持续提供服务的应用程序
2.3 高性能运算集群 - HPC（High Performance Computing）
使用目的：提供单台计算机所不具备的计算能力
LBC 与 HPC 原理对比：
负载均衡集群通过提高单位时间内执行的任务数来提高效率
高性能运算集群通过缩短单个任务的执行时间来提高效率
使用范围：天气计算、火箭弹道演算
二、负载均衡集群
1. LVS 相关原理
LVS 的组成
IPVS：运行在内核空间
IPVSADM：运行在用户空间，管理集群服务的命令行工具
LVS 的原理：根据用户请求的套接字判断，分流至真实服务器的工作模块
2. LVS 工作方式
工作模式
2.1 LVS - DR 模式
工作逻辑图
模式特点
集群节点，必须在一个网络中
真实服务器网关指向路由器
RIP 既可以是私网地址，又可以是公网地址
负载调度器只负责入站请求
大大减轻负载调度器压力，支持更多的服务器节点
原理：用户请求lvs 到达director，director 将请求的报文的目标MAC 地址改成后端的realserver MAC地址，目标IP为VIP（不变），源IP为用户IP 地址（保持不变），然后director 将报文发送到 realserver，realserver 检测到目标为自己本地VIP，如果在同一个网段，然后将请求直接返给用户。如果用户跟realserver 不在一个网段，则通过网关返回用户。
2.2 LVS - NAT 模式
工作逻辑图
模式特点
集群节点，必须在一个网络中
真实服务器必须将网关指向负载调度器
RIP 通常都是私有 IP，仅用于各个集群节点通信
负载调度器必须位于客户端和真实服务器之间，充当网关
支持端口映射
负载调度器操作系统必须是 Linux，真实服务器可以使用任意系统
原理：用户请求lvs到达director，director 将请求的报文的目标IP地址改成后端的 realserver IP 地址，同时将报文的目标端口也改成后端选定的 realserver 相应端口，最后将报文发送到realserver，realserver 将数据返给director，director 再把数据发送给用户。因为两次请求都经过 director，所以访问量大的话，director 会成为瓶颈。
2.3 LVS - TUN 模式
模式特点
集群节点不必位于同一个物理网络但必须都拥有公网IP（或都可以被路由）
真实服务器不能将网关指向负载调度器
RIP 必须是公网地址
负载调度器只负责入站请求
不支持端口映射功能
发送方和接收方必须支持隧道功能
原理：用户请求LVS 到达director，director 通过IP-TUN 加密技术将请求的报文的目标MAC 地址改成后端的realserver MAC地址，目标IP为VIP（不变），源IP为用户IP地址（保持不变），然后director 将报文发送到realserver，realserver基于IP-TUN解密，然后检测到目标为自己本地VIP，如果在同一个网段，然后将请求直接返给用户。如果用户跟realserver 不在一个网段，则通过网关返回用户。
