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从零开始搭建 LVS 高性能集群 （DR模式）

架构

本设计方案采用三台服务器构建集群，使用Linux Virtual Server (LVS) 作为负载均衡器，运行在直接路由 (DR) 模式下。集群中的每一台服务器都将运行相同的服务，以实现 高可用性 和 可扩展性 。LVS 将作为前端节点，接收所有进入的请求，并将它们分发到后端服务器。

流程

配置三台服务器，安装必要的操作系统和软件。

• 关闭防火墙: systemctl disable firewalld
• 系统支持 lvs
• 安装 ipvsadm

1. 在一台服务器上安装并配置 LVS，设置为直接路由模式。
2. 在另外两台服务器上部署相同的应用服务。
3. 配置 LVS 规则，将流量分发到后端服务器。
4. 使用 ApacheBench (ab) 作为压测工具，对集群进行性能测试。

各服务功能

• LVS 节点：作为集群的前端负载均衡器，负责接收客户端请求并分发到后端服务器。
• 后端服务器：运行应用服务，处理来自 LVS 的请求。
• ab 工具：用于生成高并发请求，测试集群的性能。

部署

在三台服务器上安装 Linux 操作系统，并确保网络配置正确。

1. 在 LVS 节点上安装 LVS 软件包。
2. 在后端服务器上部署应用服务，并确保服务可以正常运行。
3. 配置 LVS 规则，包括 虚拟IP 地址、后端服务器的IP地址和端口等。
4. 配置网络，确保 LVS 节点和后端服务器之间可以正常通信。
5. 使用 ab 工具在客户端机器上对集群进行压力测试。

文件目录

.
├── director-dr.sh
├── director-nat.sh
├── director-tunl.sh
├── README.en.md
├── README.md
└── realsever-dr.sh

Director 节点上运行director-dr.sh

#! /bin/bash
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forwardipv=/sbin/ipvsadmvip=192.168.152.131rs1=192.168.152.129
rs2=192.168.152.133ifconfig ens33:0 down
ifconfig ens33:0 $vip broadcast $vip netmask 255.255.255.0 up
route add -host $vip dev ens33:0$ipv -C
$ipv -A -t $vip:80 -s rr
$ipv -a -t $vip:80 -r $rs1:80 -w 1 -g
$ipv -a -t $vip:80 -r $rs2:80 -w 1 -g

查看部署结果

# vip ens33:0 是否成功创建成功 
[root@localhost lvs]# ip a
2: ens33: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000link/ether 00:0c:29:02:6a:99 brd ff:ff:ff:ff:ff:ffinet 192.168.152.128/24 brd 192.168.152.255 scope global noprefixroute ens33valid_lft forever preferred_lft foreverinet 192.168.152.131/24 brd 192.168.152.131 scope global secondary ens33:0 # vip 创建成功valid_lft forever preferred_lft foreverinet6 fe80::c4cc:bc59:19a3:dc4c/64 scope link noprefixroute valid_lft forever preferred_lft forever# 查看是否创建 lvs: dr 模式成功
[root@localhost lvs]# ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags-> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  192.168.152.131:80 rr-> 192.168.152.129:80           Route   1      0          0         -> 192.168.152.133:80           Route   1      0          0 

RealServer 上分别运行 realserver.sh

#!/bin/bash
vip=192.168.152.131ifconfig lo:0 $vip broadcast $vip netmask 255.255.255.255 up
route add -host $vip lo:0echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
echo "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
echo "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce

查看部署结果

[root@master lvs]# ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00inet 127.0.0.1/8 scope host lovalid_lft forever preferred_lft foreverinet 192.168.152.131/32 brd 192.168.152.131 scope global lo:0 # vip 部署 lo:0 成功valid_lft forever preferred_lft foreverinet6 ::1/128 scope host valid_lft forever preferred_lft forever# docker创建nginx nginx:1.23.0-alpine 自带netstat 容器统计 负载数
[root@master lvs]# docker run --name nginx -d -p 80:80 nginx:1.23.0-alpine

压测

使用 Jemter 或 ab 进行压力测试。

1. 监听Drector lvs负载

# 在 director 上执行
[root@localhost lvs]# watch ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags-> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  192.168.152.131:80 rr-> 192.168.152.129:80           Route   1      0          0         -> 192.168.152.133:80           Route   1      0          0 

2. ab模拟负载进行连接

# 非 lvs 集群的主机进行执行ab -n 50000 请求数 -c 20000 并发
ab -n 50000 -c 20000 http://192.168.152.131/

3. 统计RealServer负载

# rs1 统计nginx的负载数
[root@master lvs]# docker exec -it openui-nginx netstat -nat|grep :80|wc -l
2

# rs2 统计nginx的负载数
[root@master lvs]# docker exec -it openui-nginx netstat -nat|grep :80|wc -l
2

压测结果

# Director
Every 2.0s: ipvsadm -Ln                                                                                                                                         Fri Aug 16 02:06:02 2024IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags-> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  192.168.152.131:80 rr-> 192.168.152.129:80           Route   1	 10001          25000-> 192.168.152.133:80           Route   1	 9999           24992# RS 1
[root@master lvs]# docker exec -it openui-nginx netstat -nat|grep :80|wc -l
25002# RS 2
[root@master lvs]# docker exec -it openui-nginx netstat -nat|grep :80|wc -l
25002

优劣势

优势：

• 高可用性：通过 LVS 实现的负载均衡可以提高系统的可用性。
• 可扩展性：可以轻松添加更多的后端服务器来扩展集群。
• 性能：LVS 的 DR 模式提供了高性能的负载均衡能力。
• 成本效益：使用开源软件，减少了成本。

劣势：

• 复杂性：配置 LVS 和后端服务器可能相对复杂。
• 单点故障：LVS 节点作为单点，如果出现故障，可能会影响整个集群。
• 资源消耗：LVS 节点需要足够的资源来处理负载均衡任务。
• 性能测试：使用 ab 工具可以模拟大量并发请求，帮助评估集群的性能。

监控和日志：集成监控系统来监控集群状态，并记录日志以便于问题排查。

通过综合考虑这些因素，可以设计并实现一个高效、可靠且易于维护的基于 LVS 的集群系统。通过使用 DR 模式，我们能够实现高性能的负载均衡，同时通过 ab 工具进行性能测试，确保系统满足预期的性能要求。

ISSUE

1. Director 节点端口连接数不足
   永久修改端口范围 net.ipv4.ip_local_port_range = 1024 65535

2. windows 执行ab，报错: 由于系统缓冲区空间不足或队列已满，不能执行套接字上的操作
   修改windows 端口范围

netsh int ipv4 set dynamicport tcp start=5001 num=60535 reg add "HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Tcpip\Parameters" /v "TcpTimedWaitDelay" /t REG_DWORD /d 30 /f

项目地址

gitee

参考博客

Jmeter性能测试
linux如何查看系统端口范围
Linux添加虚拟网卡的多种方法
LVS原理详解以及部署
就是要你懂负载均衡–lvs和转发模式
connect failed error 10055 由于系统缓冲区空间不足