LVS+Keepalived高可用负载均衡集群架构实验-01

一、为什么要使用负载均衡技术？

1、系统高可用性

2、  系统可扩展性

3、  负载均衡能力

LVS+keepalived能很好的实现以上的要求，LVS提供负载均衡，keepalived提供健康检查，故障转移，提高系统的可用性！采用这样的架构以后很容易对现有系统进行扩展，只要在后端添加或者减少realserver，只要更改lvs的配置文件，并能实现无缝配置变更！

二、LVS+Keepalived介绍

1、  LVS

LVS是一个开源的软件，可以实现LINUX平台下的简单负载均衡。LVS是Linux Virtual Server的缩写，意思是Linux虚拟服务器。目前有三种IP负载均衡技术（VS/NAT、VS/TUN和VS/DR）；八种调度算法（rr,wrr,lc,wlc,lblc,lblcr,dh,sh）。

2、  keepalived

Keepalived 是运行在lvs 之上，它的主要功能是实现真实机的故障隔离及负载均衡器间的失败切换，提高系统的可用性

实验环境：Centos6

服务器地址分配：Master Server：192.168.214.129    VIP：192.168.214.10

　　　　　　　   Backup Server ：192.168.214.130   VIP：192.168.214.10

　　　　　　　　Web Server 1 ： 192.168.214.131

　　　　　　　　Web Server 2 ： 192.168.214.132

三：负载层安装：

负载层使用LVS实现负载均衡功能，Keepalived实现主备高可用功能，因此在Master Server， Backup Server 上同时安装LVS,Keepalied。LVS,Keepalied的安装包可以到官网下载获取。也可以使用yum安装，实验使用yum安装。

1.   Master Server， Backup Server 上安装 ipvsadm:

yum install ipvsadm  -y

2.  Master Server， Backup Server 上安装Keepalived（keepalived官网：http://www.keepalived.org/，可以编译安装，实验使用yum安装）

yum install keepalived   -y

当LVS与keepalived结合使用时，就需要用ipvsadm指令添加负载均衡的规则 ，直接在keepalived.conf的配置文件中配置即可，非常方便。

四：Web server端的配置：

负载均衡层安装好后迟点再配置，先把后端服务安装好后再配置keepalived,这里Web Server 只安装nginx测试。过程略过。

需要注意的是，Web server端也需要进行虚拟ip的配置。并且需要抑制APR通信。提供如下执行脚本realserver.sh：

#!/bin/bash
# description: Config realserver lo and apply noarp

SNS_VIP=192.168.214.10

/etc/rc.d/init.d/functions

case "$1" in
start)
       ifconfig lo: $SNS_VIP netmask 255.255.255.255 broadcast $SNS_VIP
       /sbin/route add -host $SNS_VIP dev lo:
       echo "" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
       echo "" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
       echo "" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
       echo "" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
       sysctl -p >/dev/null >&
       echo "RealServer Start OK"

       ;;
stop)
       ifconfig lo: down
       route del $SNS_VIP >/dev/null >&
       echo "" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
       echo "" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
       echo "" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
       echo "" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
       echo "RealServer Stoped"
       ;;
*)
       echo "Usage: $0 {start|stop}"
       exit
esac

exit 

上面的脚本分别在Web Server上执行。执行后查看

ifconfig指令显示如下：

[root@anan ~]# ifconfig
eth0      Link encap:Ethernet  HWaddr :0C::2A::
          inet addr:192.168.214.132  Bcast:192.168.214.255  Mask:255.255.255.0
          inet6 addr: fe80::20c:29ff:fe2a:/ Scope:Link
          UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:  Metric:
          RX packets: errors: dropped: overruns: frame:
          TX packets: errors: dropped: overruns: carrier:
          collisions: txqueuelen:
          RX bytes: (3.0 MiB)  TX bytes: (2.4 MiB)

lo        Link encap:Local Loopback
          inet addr:127.0.0.1  Mask:255.0.0.0
          inet6 addr: ::/ Scope:Host
          UP LOOPBACK RUNNING  MTU:  Metric:
          RX packets: errors: dropped: overruns: frame:
          TX packets: errors: dropped: overruns: carrier:
          collisions: txqueuelen:
          RX bytes: (0.0 b)  TX bytes: (0.0 b)

lo:      Link encap:Local Loopback
          inet addr:192.168.214.10  Mask:255.255.255.255
          UP LOOPBACK RUNNING  MTU:  Metric:1
关于arp_ignore和arp_announce的作用：（属于内核参数，存放路径：/proc/sys/net/ipv4/conf/all/）

arp_ignore和arp_announce作用：（存放路径：/proc/sys/net/ipv4/conf/all/）

arp_ignore：定义接收到arp请求时的响应级别

　　　　　　（默认）0：只要本地有相应地址就响应，不论在哪个接口上
                 1：仅在请求目的地址匹配请求到达的接口上的时候才响应
  　　　　　　　　　　

arp_announce：定义将自己地址向外通告时的通告级别

（默认）　0：将本机上任意接口上的任意地址向外通告
        1：试图将目标网络通告与其网络匹配的地址
        2：仅向与本地接口上匹配的网络进行通告

　　

可以将上面的脚本设置开机自动执行：在 /etc/rc.d/rc.local 中添加执行命令：

vim /etc/rc.d/rc.local

#!/bin/sh
#
# This script will be executed *after* all the other init scripts.
# You can put your own initialization stuff in here if you don't
# want to do the full Sys V style init stuff.

touch /var/lock/subsys/local
sh /etc/init.d/realserver.sh start 2>&1 > /dev/null

查看ARP设置：

[root@anan ~]# cat /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore

[root@anan ~]# cat /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce 

[root@anan ~]# 

测试后端服务是否正常：

五：配置keepalied.conf 配置文件：

vim /etc/keepalived/keepalived.conf

! Configuration File for keepalived

global_defs {
   notification_email {
     acassen@firewall.loc           ##配置管理员邮箱，用于报警，一行设置一个，可以设置多个，系统需要开启sendmail 服务
     failover@firewall.loc
     sysadmin@firewall.loc
   }
   notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc   #设置邮件的发送地址
   smtp_server 192.168.200.1 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 #设置smtp server地址
   smtp_connect_timeout 30　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　#设置连接smtp服务超时时间
   router_id LVS_DEVEL　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 #路由ID，和BACKUP 要不同，不然会报错
}

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER　　　　　　　　　　　　　　　　　#指定Keepalived的角色，MASTER表示此主机是主用服务器，BACKUP表示是备用服务器。
    interface eth0　　　　　　　　　　　　　　　　#指定检测网络的接口
    virtual_router_id 51　　　　　　　　　　　　#虚拟路由标识，即同一个vrrp_instance下，MASTER和BACKUP必须是一致的。
    priority 100　　　　　　　　　　　　　　　　  #定义优先级，数字越大，优先级越高，在一个vrrp_instance下，MASTER的优先级必须大于BACKUP的优先级。
    advert_int 1　　　　　　　　　　　　　　　　#设定MASTER与BACKUP负载均衡器之间同步检查的时间间隔，单位是秒。
    authentication {　　　　　　　　　　　　　　#设定验证类型和密码

    auth_type PASS　　　　　　　　　　　　　　　 #设置验证类型，主要有PASS和AH两种
　  auth_pass 1111　　　　　　　　　　　　　　　　#设置验证密码，在一个vrrp_instance下，MASTER与BACKUP必须使用相同的密码才能正常通信。
 }

}
virtual_ipaddress {
192.168.214.10　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　#设置虚拟IP地址，可以设置多个虚拟IP地址，每行一个。
}
}

virtual_server 192.168.214.10 80 {　　　　　　　　  #设置虚拟服务器，需要指定虚拟ip地址和服务端口，ip与端口之间用空格隔开。
delay_loop 6　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  #设置健康检查时间，单位是秒。
lb_algo rr　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 #设置负载调度算法，这里设置为rr，即轮询算法
lb_kind DR　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　#设置LVS实现负载均衡的机制，可以有NAT、TUN和DR三个模式可选。
nat_mask 255.255.255.0
persistence_timeout 2　　　　　　　　　　　　　　#会话保持时间，单位是秒，默认是50，这个会话保持功能，用户的请求会被一直分发到某个服务节点，直到超过这个会话保持时间。需                                                      要注意的是，这个会话保持时间，是最大无响应超时时间，也就是说用户在操作动态页面时，如果在2秒内没有执行任何操                                                        作，那么接下来的操作会被分发到另外节点，但是如果一直在操作动态页面，则不受2秒的时间限制。由于在本次属于实验性                                                      质，需要看到轮询功能的情况，所以将此值调整得2秒这么小。

protocol TCP                                                #指定转发协议类型，有tcp和udp两种。

real_server 192.168.214.131 80 {　　　　　　　　　　　　　　  #配置服务节点1，需要指定realserver的真实IP地址和端口，ip与端口之间用空格隔开。
weight 1　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　#配置服务节点的权值，权值大小用数字表示，数字越大，权值越高，设置权值的大小可以为不同性能的服务器分配不同的负载，可                                                  以对性能高的服务器设置较高的权值，而对性能较低的服务器设置相对较低的权值，这样就合理的利用和分配了系统资源。
HTTP_GET {　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 #realserve的状态检测设置部分，单位是秒
url {
path /index.html　　　　　　　　　　　　　　　　　　　#检查首页文件
status_code 200　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　#请求状态码是200
}
connect_timeout 3　　　　　　　　　　　　　　　　　　#请求超时时间 3 秒
nb_get_retry 3　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　#重试次数
delay_before_retry 3　　　　　　　　　　　　　　　　　#重试间隔时间
}
}
real_server 192.168.214.132 80 {　　　　　　　　　　#配置服务节点2
weight 1
HTTP_GET {
url {
path /index.html
status_code 200
}
connect_timeout 3
nb_get_retry 3
delay_before_retry 3
}
}

}

保存退出。将改配置文件cp到backup server中，使用修改上面标红两处即可。
将 state MASTER 改为  BACKUP  (字母必须要大写)
将 priority 100 改为  99      （值必须要比MASTER的值小）

六：启动测试：

MASTER  和 BACKUP 分别启动keepalived服务

service  keepalived  start

然后查看LVS状态：

[root@booktest ~]# ipvsadm -l -n
IP Virtual Server version 1.2. (size=)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  192.168.214.10: rr persistent
  -> 192.168.214.131:           Route
  -> 192.168.214.132:           Route
[root@booktest ~]#   
状态正常，查看keepalived启动的日志

[root@booktest ~]# tail /var/log/messages
Oct 21 15:36:37 booktest Keepalived_vrrp[2095]: Opening file '/etc/keepalived/keepalived.conf'.
Oct 21 15:36:37 booktest Keepalived_vrrp[2095]: Configuration is using : 63498 Bytes
Oct 21 15:36:37 booktest Keepalived_vrrp[2095]: Using LinkWatch kernel netlink reflector...
Oct 21 15:36:37 booktest Keepalived_vrrp[2095]: VRRP sockpool: [ifindex(2), proto(112), unicast(0), fd(10,11)]
Oct 21 15:36:38 booktest Keepalived_vrrp[2095]: VRRP_Instance(VI_1) Transition to MASTER STATE
Oct 21 15:36:39 booktest Keepalived_vrrp[2095]: VRRP_Instance(VI_1) Entering MASTER STATE
Oct 21 15:36:39 booktest Keepalived_vrrp[2095]: VRRP_Instance(VI_1) setting protocol VIPs.
Oct 21 15:36:39 booktest Keepalived_vrrp[2095]: VRRP_Instance(VI_1) Sending gratuitous ARPs on eth0 for 192.168.214.10
Oct 21 15:36:39 booktest Keepalived_healthcheckers[2094]: Netlink reflector reports IP 192.168.214.10 added
Oct 21 15:36:44 booktest Keepalived_vrrp[2095]: VRRP_Instance(VI_1) Sending gratuitous ARPs on eth0 for 192.168.214.10
[root@booktest ~]#

可以看到启动成功，并且状态为MASTER状态。接下来执行service keepalived start 启动BACKUP SERVER并且查看日志信息：

[root@node1 ~]# tail /var/log/messages
Oct 21 23:41:36 node1 Keepalived_vrrp[3055]: Netlink reflector reports IP 192.168.214.130 added
Oct 21 23:41:36 node1 Keepalived_vrrp[3055]: Netlink reflector reports IP fe80::20c:29ff:fe93:4905 added
Oct 21 23:41:36 node1 Keepalived_vrrp[3055]: Registering Kernel netlink reflector
Oct 21 23:41:36 node1 Keepalived_vrrp[3055]: Registering Kernel netlink command channel
Oct 21 23:41:36 node1 Keepalived_vrrp[3055]: Registering gratuitous ARP shared channel
Oct 21 23:41:36 node1 Keepalived_vrrp[3055]: Opening file '/etc/keepalived/keepalived.conf'.
Oct 21 23:41:36 node1 Keepalived_vrrp[3055]: Configuration is using : 63500 Bytes
Oct 21 23:41:36 node1 Keepalived_vrrp[3055]: Using LinkWatch kernel netlink reflector...
Oct 21 23:41:36 node1 Keepalived_vrrp[3055]: VRRP_Instance(VI_1) Entering BACKUP STATE
Oct 21 23:41:36 node1 Keepalived_vrrp[3055]: VRRP sockpool: [ifindex(2), proto(112), unicast(0), fd(10,11)]

可以看到BACKUP SERVER主机启动服务后自动成为备用状态。说明keepalived.conf的vrrp_instance配置是正确的。

这时在浏览器输入VIP地址：192.168.214.10测试

在进行负载均衡测试的时候遇到了一个问题：就是不停的刷新页面页面都没有变化，没有调用web server 2 的页面，要过很长时间才会轮询一次。这样显然不合理。网上查了一下是LVS 有持久连接的特性。就是keepalived.conf中 persistence_timeout 2 指定的值。上面解释中提到这参数的作用。

同时还需要查看LVS的默认超时时间：

[root@booktest ~]# ipvsadm -l --timeout
Timeout (tcp tcpfin udp):
[root@booktest ~]# 
900 120 300这三个数值分别是TCP TCPFINUDP的时间.也就是说一条tcp的连接经过lvs后,lvs会把这台记录保存15分钟，就是因为这个时间过长，
所以大部分人都会发现做好LVS DR之后轮询现象并没有发生，查看很少文档并没有提到这一点，有点晕。因为是实验性质，所以将此数值调整为非常小，
以便看到轮询效果。

执行指令调整这个值：

[root@booktest ~]# ipvsadm --set 1 2 1

再查看
[root@booktest ~]# ipvsadm -l --timeout
Timeout (tcp tcpfin udp): 1 2 1
[root@booktest ~]#

保存一下：

[root@booktest ~]# ipvsadm --save
-A -t 192.168.214.10:http -s rr -p 2
-a -t 192.168.214.10:http -r 192.168.214.131:http -g -w 1
-a -t 192.168.214.10:http -r 192.168.214.132:http -g -w 1

接下来继续测试：

隔两秒刷新页面如下：

反复几次轮询调用正常。

七：模拟故障

故障前先看一下ipvsadm状态：

[root@booktest ~]# ipvsadm -l -n
IP Virtual Server version 1.2. (size=)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  192.168.214.10: rr persistent
  -> 192.168.214.131:           Route
  -> 192.168.214.132:           Route
[root@booktest ~]# 

将192.168.214.131这台Web Server down掉模拟故障。直接粗暴点杀掉nginx：pkill  nginx

页面正常访问。再看ipvsadm状态：

[root@booktest ~]# ipvsadm -l -n
IP Virtual Server version 1.2. (size=)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  192.168.214.10: rr persistent
  -> 192.168.214.131:           Route
[root@booktest ~]# 
可以看到192.168.21.132节点的Web Server已经掉线了

接下来，测试负载均衡的主备切换。先关掉MASTER的keepalived服务模拟故障，然后查看BACKUP 的状态

[root@booktest ~]# service keepalived stop
停止 keepalived：                                          [确定]
[root@booktest ~]# tail /var/log/messages
Oct  :: booktest Keepalived_healthcheckers[]: Error connecting server [192.168.214.132]:.
Oct  :: booktest Keepalived_healthcheckers[]: Removing service [192.168.214.132]: from VS [192.168.214.10]:
Oct  :: booktest Keepalived_healthcheckers[]: Remote SMTP server [192.168.200.1]: connected.
Oct  :: booktest Keepalived_healthcheckers[]: Error reading data from remote SMTP server [192.168.200.1]:.
Oct  :: booktest kernel: IPVS: __ip_vs_del_service: enter
Oct  :: booktest Keepalived_vrrp[]: VRRP_Instance(VI_1) sending  priority
Oct  :: booktest Keepalived_vrrp[]: VRRP_Instance(VI_1) removing protocol VIPs.
Oct  :: booktest Keepalived[]: Stopping Keepalived v1.2.13 (03/19,2015)
Oct  :: booktest Keepalived_healthcheckers[]: Netlink reflector reports IP 192.168.214.10 removed
Oct 21 16:19:27 booktest Keepalived_healthcheckers[2094]: Removing service [192.168.214.131]:80 from VS [192.168.214.10]:80
[root@booktest ~]# 

接着查看BACKUP的状态：

[root@node1 ~]# tail /var/log/messages
Oct  :: node1 Keepalived_healthcheckers[]: Error reading data from remote SMTP server [192.168.200.1]:.
Oct  :: node1 dhclient[]: DHCPREQUEST on eth0 to 192.168.214.254 port  (xid=0x37dffe90)
Oct  :: node1 dhclient[]: DHCPACK from 192.168.214.254 (xid=0x37dffe90)
Oct  :: node1 dhclient[]: bound to 192.168.214.130 -- renewal in  seconds.
Oct  :: node1 Keepalived_vrrp[]: VRRP_Instance(VI_1) Transition to MASTER STATE
Oct  :: node1 Keepalived_vrrp[]: VRRP_Instance(VI_1) Entering MASTER STATE
Oct  :: node1 Keepalived_vrrp[]: VRRP_Instance(VI_1) setting protocol VIPs.
Oct  :: node1 Keepalived_healthcheckers[]: Netlink reflector reports IP 192.168.214.10 added
Oct  :: node1 Keepalived_vrrp[]: VRRP_Instance(VI_1) Sending gratuitous ARPs on eth0 for 192.168.214.10
Oct  :: node1 Keepalived_vrrp[]: VRRP_Instance(VI_1) Sending gratuitous ARPs on eth0 for 192.168.214.10
[root@node1 ~]# 

可以看到原来BACKUP已经接替了MASTER,成为了MASTER。

然后再重新启动MASTER的keepalived服务，重启的MASTER会自动成为MASTER，而原来的BACKUP会从MASTER变为BACKUP

[root@booktest ~]# service keepalived start
正在启动 keepalived：                                      [确定]
[root@booktest ~]# tail /var/log/messages
Oct  :: booktest Keepalived_healthcheckers[]: Using LinkWatch kernel netlink reflector...
Oct  :: booktest Keepalived_healthcheckers[]: Activating healthchecker for service [192.168.214.131]:
Oct  :: booktest Keepalived_healthcheckers[]: Activating healthchecker for service [192.168.214.132]:
Oct  :: booktest Keepalived_vrrp[]: VRRP sockpool: [ifindex(), proto(), unicast(), fd(,)]
Oct  :: booktest Keepalived_vrrp[]: VRRP_Instance(VI_1) Transition to MASTER STATE
Oct  :: booktest Keepalived_vrrp[]: VRRP_Instance(VI_1) Received lower prio advert, forcing new election
Oct  :: booktest Keepalived_vrrp[]: VRRP_Instance(VI_1) Entering MASTER STATE
Oct  :: booktest Keepalived_vrrp[]: VRRP_Instance(VI_1) setting protocol VIPs.
Oct  :: booktest Keepalived_healthcheckers[]: Netlink reflector reports IP 192.168.214.10 added
Oct  :: booktest Keepalived_vrrp[]: VRRP_Instance(VI_1) Sending gratuitous ARPs on eth0 for 192.168.214.10
[root@booktest ~]# 

再看原来BACKUP主机状态：

[root@node1 ~]# tail /var/log/messages
Oct  :: node1 Keepalived_healthcheckers[]: Netlink reflector reports IP 192.168.214.10 added
Oct  :: node1 Keepalived_vrrp[]: VRRP_Instance(VI_1) Sending gratuitous ARPs on eth0 for 192.168.214.10
Oct  :: node1 Keepalived_vrrp[]: VRRP_Instance(VI_1) Sending gratuitous ARPs on eth0 for 192.168.214.10
Oct  :: node1 Keepalived_vrrp[]: VRRP_Instance(VI_1) Received higher prio advert
Oct  :: node1 Keepalived_vrrp[]: VRRP_Instance(VI_1) Entering BACKUP STATE
Oct  :: node1 Keepalived_vrrp[]: VRRP_Instance(VI_1) removing protocol VIPs.
Oct  :: node1 Keepalived_healthcheckers[3053]: Netlink reflector reports IP 192.168.214.10 removed
Oct  :: node1 dhclient[]: DHCPREQUEST on eth0 to 192.168.214.254 port  (xid=0x37dffe90)
Oct  :: node1 dhclient[]: DHCPACK from 192.168.214.254 (xid=0x37dffe90)
Oct  :: node1 dhclient[]: bound to 192.168.214.130 -- renewal in  seconds.
[root@node1 ~]# 

BACKUP主机重新从MASTER状态变成BACKUP状态。继续刷新页面正常。

Lvs+Keepalived高可用负载均衡实验成功。接下来将会对web server进行部署优化。