云计算集群技术与应用- 教案-教学设计 第02章 Web服务集群

云计算集群技术与应用教学设计课程名称：云计算集群技术与应用__授课年级：_______________________授课学期：_______________________教师姓名：_______________________年月日课程名称第2章Web服务集群计划学时6学时内容分析本章主要介绍Web服务集群的相关知识，包含搭建LAMP平台，搭建LNMP平台，Nginx做负载均衡，以及Web集群实战案例。教学目标与教学要求【知识目标】理解Web服务集群。理解LAMP和LNMP。理解Nginx做负载均衡的相关知识。【技能目标】掌握LAMP和LNMP的部署。掌握部署Nginx负载均衡器。掌握构建Web集群的基本能力。【思政育人目标】针对文件配置和算法设计，需要精益求精，大力弘扬工匠精神;。引导学生树立刻苦钻研的“钉子”精神培养学生扎实稳打，迎难而上的性格。针对日常运维，培养从小事中发现、分析问题的科学思维观。教学重点部署LAMP平台，部署LNMP平台，以Nginx做负载均衡，Web集群实战案例教学难点以Nginx做负载均衡，Web集群实战案例教学方式课堂讲解配合ppt演示3学时，上机演练3学时教学过程第一学时（Web服务集群简介、搭建LAMP平台）一、提出需求，导入学习任务（1）思考Web集群的学习应该从何入手。大家所熟悉的博客、论坛等网站，其特点就是用户群体较大。当Web服务器直接面向客户端时，服务器往往要承载大量并发请求，单台服务器难以负荷。为了应对以上问题，其中的办法之一，可以配置多台Web服务器组成集群，以扩展架构的稳定性和可扩展性，承载更多的并发量以及提高用户的访问速度。（2）明确学习方向。理解Web服务集群简介。理解并掌握搭建LAMP平台。二、知识讲解（一）Web服务集群简介1.概念Web服务集群是指配置若干（两台及以上）台Web服务器组成一个系统，作为一个整体为用户提供Web服务。在Web集群环境中，前端使用负载均衡，将用户请求的流量按照算法分散地移交到后端Web服务器集群中，实现请求的分发，将会大大提升系统的吞吐量与请求性能。2.Web服务器Web服务器又称为网站服务器，能够处理浏览器等客户端的请求然后返回相应结果，Web服务器可提供浏览类网站文件，又可提供下载类数据文件。当前主流的Web服务器有Apache、Nginx、IIS，在云端Web类应用中，使用率可达95%以上。3.Web集群基础架构（二）搭建LAMP平台1.LAMP简介在LAMP中，Linux是自由和开放源码的类Unix操作系统，可安装在各种计算机硬件设备中。Apache是最受欢迎的一个开放源码的Web服务器软件，强大且实用。M可以是多线程、多用户的SQL数据库管理系统MySQL，也可以是MariaDB。P一般是指PHP、Perl或Python等脚本语言，其中PHP是一种编程语言，最初用来设计生产动态网站，主要用于服务器端的应用程序软件。（1）LAMP可以是LinuxApacheMySQLPHP的简写，其实就是把Apache、MySQL以及PHP安装在Linux系统上，来运行动态网站或者服务器，是比较常用的Web搭建框架。（2）LAMP的工作原理2.实验的准备环境本书全部实验使用虚拟机代替物理服务器，在虚拟环境下的Linux操作系统中进行，实验所用操作系统版本为CentOS7.6。CentOS7自带Firewalld和SELinux守护工具，一外一内，保证系统的安全。（1）查看系统版本号。（2）关闭CentOS7默认防火墙Firewalld。（3）关闭SELinux3.LAMP的部署及测试准备1台VM虚拟机搭建LAMP平台。HostNameIP说明web139搭建LAMP框架（1）Apache的安装与测试安装Apache[root@web1~]#yum-yinstallhttpd查看Apache版本[root@web1~]#httpd-vServerversion:Apache/2.4.6(CentOS)Serverbuilt:Nov10202114:41:18启动Apache服务并设置开机自启[root@web1~]#systemctlstarthttpd[root@web1~]#systemctlenablehttpd验证Apache服务是否安装成功在本机浏览器中输入虚拟机的IP地址，如果看到Apache默认的测试页面，说明Apache服务成功运行。测试Apache是否能解析常见的动静态页面（2）PHP的安装与测试安装PHP[root@web1html]#yum-yinstallphp重启Apache服务[root@web1html]#systemctlrestarthttpd再次访问index.php（3）数据库的安装与测试安装MariaDB客户端与服务端[root@web1~]#yum-yinstallmariadbmariadb-server更改数据库密码。[root@web1~]#mysql_secure_installation登录数据库测试[root@web1~]#mysql-uroot-p123测试PHP与数据库是否连通查看PHP的拓展模块[root@web1~]#php-m|grepmysql安装php-mysql[root@web1~]#yum-yinstallphp-mysql再次查看PHP的拓展模块重启Apache服务再次在浏览器上访问linktest.php三、知识巩固（1）回顾上课前的学习目标，对本节课知识点进行总结。（2）使用第2章课后作业。第二学时（上机练习-LAMP的部署及测试）一、目标学生根据教材中的操作步骤和教师的演示进行上机练习，以此练习LAMP的部署等相关知识，以及检查学生对相关知识点的掌握情况。上机练习完成后将报告通过平台提交给老师。二、上机任务1.在单机环境下部署LAMP环境安装Apache安装PHP或Python安装MySQL或者MariaDB三、教师评分教师根据学生对上机任务的完成度给予评分，满分为4分，并纳入平时成绩中。第三学时（搭建LNMP平台、Nginx－负载均衡）一、回顾上节课内容（1）对上节课布置的作业以及学生提出的问题进行答疑解惑。（2）回顾上节课内容，引出本节课主题。（3）明确学习方向。理解并掌握搭建LNMP平台。理解Nginx做方向代理和负载均衡。了解Nginx负载均衡的优缺点。了解Nginx负载均衡后端状态。理解Nginx负载均衡的应用。二、知识讲解（一）搭建LNMP平台1.LNMP简介（1）LAMP是LinuxNginxMySQLPHP的简写，即把Nginx、MySQL以及PHP安装在Linux系统上，组成一个高效、免费、高扩展的网站服务系统，是国内大中型互联网公司网站常用的Web搭建框架。（2）LAMP中是以Apache作为Web服务器与客户端浏览器进行交互，顾名思义，在LNMP环境中，是以Nginx作为Web服务器。Nginx(enginex）是一款高性能、轻量级的Web服务器，是一款反向代理服务器，也是一款邮箱代理服务器（IMAP/POP3/SMTP），具有性能优越、功能丰富、占有内存少等优点。（3）LNMP的工作原理。2.LNMP的分离部署及测试在本案例中准备两台VM虚拟机（或物理服务器），分离部署LNMP环境，如表。HostNameIP说明web139应用程序及文件服务器db140数据库服务器（1）部署Nginx—应用服务器（1）Nginx的安装。[root@web1~]#yum-yinstallnginx启动Nginx服务，并设置该项服务开机自启。[root@web1~]#systemctlstartnginx[root@web1~]#systemctlenablenginx检查Nginx是否正常工作在80端口。[root@web1~]#netstat-unltp|grep80打开浏览器，输入IP，即可看到Nginx的欢迎界面。测试Nginx是否能解析常见的动静态页面。（2）部署PHP-FPM—应用服务器（39）Nginx不支持对外部动态程序的直接调用或者解析，所有的外部程序（包括PHP）必须通过FastCGI接口来调用。想要让服务器可以处理PHP文件，则必须安装PHP-FPM。下载安装PHP-FPM及相关插件[root@web1~]#yuminstall-yphp-fpmphp-mysqlphp-gdPHP-FPM安装完成后，将其开启并设置其开机自启。[root@web1~]#systemctlstartphp-fpm[root@web1~]#systemctlenablephp-fpmPHP正常工作在9000端口，查看PHP-FPM的进程信息。[root@qfedu~]#netstat-anpt|grepphp-fpm将.php文件加入网站处理的范围，更新网站接收的文件类型。#在Nginx配置文件的Server模块内进行添加即可。[root@web1~]#vim/etc/nginx/conf.d/default.confserver{listen80;server_namelocalhost;location/{root/usr/share/nginx/html;indexindex.htmlindex.htmindex.php;}#省略部分代码}在其配置文件的Server模块启用nginx_fastcgi功能，修改其调用路径。location~\.php${root/usr/share/nginx/html;fastcgi_pass:9000;fastcgi_indexindex.php;fastcgi_paramSCRIPT_FILENAME/$document_root$fastcgi_script_name;includefastcgi_params;}再次重启Nginx，访问测试文件index.php。3.部署数据库—数据库服务器（40）安装MariaDB客户端与服务端[root@db1~]#yum-yinstallmariadbmariadb-server启动MariaDB服务，并设置其开机自启更改数据库密码登陆数据库测试，并授予应用服务器操作权限[root@db1~]#mysql-uroot-p123……MariaDB[(none)]>grantallon*.*toroot@'39'identifiedby'123';QueryOK,0rowsaffected(0.00sec)MariaDB[(none)]>flushprivileges;QueryOK,0rowsaffected(0.00sec)在网站默认目录下创建文件link.php[root@db1~]#cat/usr/share/nginx/html/link.php<?php$link=mysql_connect('2','root','123');if($link)echo"Successfully";elseecho"Fail";mysql_close();?>在浏览器中访问link.php（二）Nginx－负载均衡1.反向代理与负载均衡（1）Nginx不仅是一款优秀的Web软件，还可以作为七层代理和负载均衡。（2）代理服务器（ProxyServer）是网络信息的中转站，是个人网络和Internet服务商之间的中间代理机构，负责转发合法的网络信息，对转发进行控制和登记。正向代理是处于客户端与服务端之间的代理节点。反向代理同样是处于客户端与服务端之间的代理节点，与正向代理不同的是，反向代理是服务于客户端的代理节点。2.Nginx负载均衡的优缺点（1）Nginx作为负载均衡具备如下特点。作为开源软件，功能强大，性能卓越，运行稳定。配置文件简单灵活。有内置的健康检查功能，能够自动剔除工作不正常的后端服务器。上传文件使用异步模式。支持多种分配策略，可以分配权重，分配方式灵活。（2）Nginx作为负载均衡的优缺点如下所示。优点Nginx可以复制用户请求。Nginx可以根据域名、URL识别用户的请求类型，因此Nginx可以做动静分离。Nginx为开源软件，可以免费使用。缺点Nginx不仅要把用户的请求发送给后端真实服务器，还要将后端真实服务器返回的页面发送给用户，流量会经过Nginx，所以Nginx可能成为瓶颈。3.Nginx负载均衡算法轮询算法（RoundRobin，简称RR）加权轮询算法（WeightRoundRobin，简称WRR）IP_hash算法fair公平算法URL_hash算法4.Nginx负载均衡后端状态后端Web服务器在前端Nginx负载均衡调度中的状态，主要有以下几种。down：表示当前的服务器暂时不参与负载。weight：默认值为1。weight值越大，负载的权重就越大。max_fails：表示允许请求失败的次数，默认值为1。fail_timeout：达到max_fails所指定的失败次数后需要暂停的时间。backup：所有的非backup状态的服务器，down或者压力很大时，backup服务器将会开始接受请求，所以这台服务器压力会最小。client_body_in_file_only：设置为on可以将客户端上传的数据记录到文件中用来做调试。client_body_temp_path：设置记录文件的目录，最多可以设置3层目录。Location：对URL进行匹配，可以进行重定向或者进行新的负载均衡。5.Nginx负载均衡的应用实际上，对于用户访问量不大的小型企业来说，一般用不到负载均衡。访问流量一般的中型企业，通常只做四层负载均衡或七层负载均衡中的一种。而一些大型企业中，每时每刻访问量都非常大，通常四、七层负载均衡都会做，常见的负载架构如图。三、知识巩固（1）回顾上课前的学习目标，对本节课知识点进行总结。（2）使用第2章课后作业。第四学时（上机练习-LNMP的分离部署及测试）一、目标学生根据教材中的操作步骤和教师的演示进行上机练习，以此练习LNMP的分离部署等相关知识，以及检查学生对相关知识点的掌握情况。上机练习完成后将报告通过平台提交给老师。二、上机任务1.准备两台VM虚拟机（或物理服务器），分离部署LNMP环境安装部署Nginx安装部署PHP-FPM安装部署数据库三、教师评分教师根据学生对上机任务的完成度给予评分，满分为4分，并纳入平时成绩中。第五学时（Web集群实战案例－业务上线）一、回顾上节课内容（1）对上节课布置的作业以及学生提出的问题进行答疑解惑。（2）回顾上节课内容，引出本节课主题。（3）明确学习方向。理解并掌握集群架构的设计。掌握部署数据库掌握在应用服务器上线业务。掌握部署Nginx负载均衡。二、知识讲解工作原理在负载均衡集群中，Web服务集群的所有服务器节点想客户端提供相同的服务。集群负载均衡器则会接收用户的入站请求，然后将请求分摊给后端的Web服务集群。这样即可实现负载均衡的功能，以提升系统的吞吐量、请求性能、高容灾。本节的案例中，将Nginx作为负载均衡器，也是反向代理服务器，在Web集群上部署博客应用，其工作原理如图。准备环境准备4台VM虚拟机（或者物理服务器），一台做负载均衡器，两台Web服务器做集群，一台做数据库服务器。HostNameIP说明lb139Nginx负载均衡器web140Web服务器部署论坛应用web241Web服务器部署论坛应用db142数据库服务器（1）同步时间（详见第2章PPT）（2）域名解析部署数据库—数据库服务器（42）安装MariaDB客户端与服务端，具体如下所示。[root@db1~]#yum-yinstallmariadbmariadb-server启动MariaDB服务，并设置其开机自启。进入数据库安全设置模式，更改数据库密码登录数据库，授予Web服务器操作权限，然后创建网站数据库。[root@db1~]#mysql-uroot-p123……MariaDB[(none)]>grantallon*.*toroot@'40'identifiedby'123';QueryOK,0rowsaffected(0.00sec)MariaDB[(none)]>grantallon*.*toroot@'41'identifiedby'123';QueryOK,0rowsaffected(0.00sec)#创建discuz数据库，做Web集群的数据库MariaDB[(none)]>createdatabasediscuz;QueryOK,1rowaffected(0.21sec)MariaDB[(none)]>flushprivileges;QueryOK,0rowsaffected(0.06sec)论坛业务上线（详细步骤见第2章PPT）1.两台Web服务器上搭建LNMP环境首先安装Nginx，并设置为开机自启。[root@web1~]#yuminstall-ynginx[root@web1~]#systemctlstartnginx[root@web1~]#systemctlenablenginx检查Nginx是否正常工作在80端口。下载安装PHP-FPM及相关插件。PHP-FPM安装完成后，将其开启并设置其开机自启。将.php文件加入网站处理的范围，更新网站接收的文件类型。2.在Web应用服务器中通过Discuz项目包模拟需要上线的软件包，Discuz项目包可以通过Discuz官方网站获取。将获取的项目包放到/tmp目录之后进行解压。[root@web1tmp]#unzipDiscuz_X3.4_SC_UTF8.zip为保证业务正常上线，将html目录下的文件删除。将软件包目录下所有文件备份到页面路径下。授予该路径相应的权限。有了执行权限，业务就可以在线上运行。重新启动Nginx服务，即可访问到该业务。单击“我同意”按钮，进入论坛安装页面若出现部分文件不可写的情况，可以通过终端对项目文件与目录授予相关权限。单击“下一步”按钮，设置运行环境选择“全新安装”并单击“下一步”按钮，开始填写数据库与网站管理员信息填写完成之后，单击“下一步”按钮开始安装论坛继续访问页面。将Web1中的网站资源备份到Web2中。[root@web1~]#scp-r/usr/share/nginx/html/*11:/usr/share/nginx/html/通过web2终端对各文件与目录授予相关权限。[root@web2html]#chmod-R777/usr/share/nginx/html/*至此，Web真实服务器的论坛业务已成功上线。部署负载均衡—Nginx—（负载均衡器（39））Windows本地hosts文件的位置在C:\Windows\System32\drivers\etc中，以记事本的方式打开hosts文件，追加以下内容即可。39在服务器上安装EPEL源。[root@lb1~]#yum-yinstallepel-releaseEPEL源安装完成后，可以使用ls命令查看服务器现有源，若出现epel.repo，说明EPEL源成功安装。[root@lb1~]#ls/etc/yum.repos.dCentOS-Base.repoepel.repo接下来使用Yum的方式获取Nginx。[root@lb1~]#yum-yinstallnginx安装Nginx后，编辑其配置文件/etc/nginx/nginx.conf，添加相关的服务器组。[root@lb1~]#vim/etc/nginx/nginx.conf#注意更改的位置!http{······此处省略部分代码······server{······此处省略部分代码······#引用服务器组location/{proxy_passhttp://html;proxy_set_headerHost$host;proxy_set_headerX-Real-IP$remote_addr;proxy_set_headerREMOTE-HOST$remote_addr;proxy_set_headerX-Forwarded-For$proxy_add_x_forwarded_for;}······此处省略部分代码······}#配置服务器组upstreamhtml{ serverweb1:80we