集群集群

一、什么是集群

集群（Cluster ）是将多个单独存在的服务器，通过集群技术将其集合，构成一个工作组、一台大型的服务器，以单一系统的模式加以管理。

简而言之，集群就是将多台机器组合成一台机器使用。

二、集群的分类和功用

将多台机器组合成一台机器使用，很自然就可以想到，集群的作用：
1）提高性能
2）提高可用性
3）提供更多的存储资源

按照功用，集群可分为以下几个类型：

1、负载均衡（LB）集群
应对高并发。

硬件：F5 BIG-IP A10
软件：LVS Nginx/Tengine Haproxy

2、高可用（HA）集群
只有两个节点的高可用集群又称为双机热备，即使用两台服务器互相备份。当一台服务器出现故障时，可由另一台服务器承担服务任务，从而在不需要人工干预的情况下，自动保证系统能持续对外提供服务。双机热备只是高可用集群的一种，高可用集群系统更可以支持两个以上的节点，提供比双机热备更多、更高级的功能，更能满足用户不断出现的需求变化。

硬件：F5 BIG-IP A10
软件：Keepalived RHCS heartbeat Pacemaker rose(windows) PowerHA(AIX)

3、高性能计算（HPC）集群
主要解决大任务计算

4、存储集群（Storage Cluster）
主要提供高性能、可靠（副本容错）、大容量（PB级别）的存储

三、集群技术和框架

1、LVS
Linux Virtual Server，Linux虚拟服务器。值得一提的是，这是由中国人章文嵩博士发起的一个开源项目，现在LVS已经是Linux内核标准的一部分。内核喔。

LVS主要用于多服务器的负载均衡；同时可把许多低性能的服务器组合在一起形成一个超级服务器，实现高性能，高可用的服务器集群。

1）LVS体系结构
使用LVS架设的服务器集群系统有三个部分组成：最前端的负载均衡层（Loader Balancer），中间的服务器群组层，用Server Array表示，最底层的数据共享存储层，用Shared Storage表示。在用户看来所有的应用都是透明的，用户只是在使用一个虚拟服务器提供的高性能服务。

（1）当用户向负载均衡调度器（Director Server）发起请求，调度器将请求发往至内核空间

（2） PREROUTING（预路由首先会接收到用户请求，确认目标IP是本机，然后将数据包发往INPUT链

（3） 当用户请求到达INPUT时，IPVS（IP虚拟服务器）和定义好的集群服务进行比对，如果命中，IPVS强行修改数据包里的目标IP地址及端口，并将新的数据包发往POSTROUTING（提交路由

（4） POSTROUTING链接收数据包后发现目标IP地址刚好是自己的后端服务器，通过选路，将数据包最终发送给后端的服务器

这里面的机制可以分为三种，分别是NAT、TUN和DR，详述如下：

NAT（Network Address Translation， 络地址转换）
在NAT方式下，由调度器接收用户请求，最后又由调度器将结果返回给用户，用户请求和响应 文都必须经过Director Server地址重写（当用户请求到达调度器时，调度器将请求 文的目标地址改写成选定的Real Server地址和端口，等结果返回时，再改回原来请求的地址和端口），当用户请求越来越多时，调度器的处理能力将成为瓶颈。

DR（Direct Routing，直接路由）
连接调度和管理同上，但它的 文转发方法又有不同，DR通过改写请求 文的MAC地址（IP仍为负载均衡服务器地址，因此这种方式也叫数据链路层负载均衡），将请求发送到Real Server，而Real Server将响应直接返回给客户，免去了TUN中的IP隧道开销。这种方式是三种负载调度机制中性能最好的，但是必须要求Director Server与Real Server都有一块 卡连在同一物理 段上。

因为，

nginx是基于第七层协议开发的，采用异步转发的原则，即在保持客户端链接的同时新起一个链接到负载均衡的服务端，等待服务端返回数据再返回给客户端。这么做有一个好处，nginx可以失败转移（failover），即如果和某个服务端的链接不通畅，可以换一个链接，可以服务的稳定性。

lvs是基于第四层协议开发的，采用同步转发的原则，即lvs监听到端口有链接时，会直接redirect到服务端，让服务端直接与客户端进行链接。这样做有一个弊端，就是一锤子买卖，如果请求失败了不会再做失败转移。

因此，Nginx连接有保障但压力都落在它身上，存在带宽瓶颈；LVS实际上不直接建立连接，性能高但有失败的风险。这跟TCP 和 UDP非常想像。二者结合，取长补短，相得益彰。

3、Keepalived
看名字就能猜出来，Keepalived与可用性有关。

Keepalived的作用是检测服务器的状态，如果有一台web服务器宕机，或工作出现故障，Keepalived将检测到，并将有故障的服务器从系统中剔除，同时使用其他服务器代替该服务器的工作，当服务器工作正常后Keepalived自动将服务器加入到服务器群中，这些工作全部自动完成，不需要人工干涉，需要人工做的只是修复故障的服务器。

Keepalived 可以配合Nginx一起工作，打造高可用的负载均衡架构：

参考文章：
集群技术概述（入门级）
手把手让你了解linux上集群原理篇【图解】
LVS基本介绍
为什么采用nginx+lvs的架构

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