Linux集群之高可用负载均衡lvs+keepalived

LVS简介

LVS介绍

LVS是Linux Virtual Server的缩写,意即Linux虚拟服务器,是一个虚拟的服务器集群系统,属于4层负载均衡

ipvs和ipvsadm的关系

我们使用配置LVS的时候,不能直接配置内核中的ipvs,需要使用ipvs的管理工具ipvsadm进行管理　　

LVS术语

LVS转发原理

LVS负载均衡器接受所有入站请求,并根据调度算法决定哪个realserver处理该请求

LVS调度算法

• 轮询（rr）：按照请求顺序轮流分发到后端RS
• 加权轮询（wrr）：权值高的获得的任务更多
• 最小连接数（lc）：动态的将请求建立到连接数较少的RS上
• 加权最小连接数（wlc）：调度器自动询问RS的真实负载情况，并动态的调整权

LVS调度算法生产环境选型

一般的网络服务,如:http、mail、MySQL等,常用的调度算法为：

• 基本轮询调度rr算法
• 加权轮询调度wrr算法
• 加权最小连接调度wlc算法

LVS转发模式

• NAT(Network Address Translation)
• DR(Direct Routing)
• TUN

LVS-DR模式

转发流程

将所有入站请求转发给后端realserver,后端realserver处理完直接将结果发给客户端

原理

当用户请求到达Direct Server,此时报文的源IP为CIP、MAC为CIP-MAC,目标IP为VIP、MAC为VIP-MAC
Direct Server根据调度算法确定一台处理请求的realserver,将请求转发给对应的realserver,此时源IP和目标IP均未改变,仅修改了源MAC为DIP-MAC,目标MAC为RIP-MAC
对应的realserver处理完请求,直接将结果发给客户端,此时源IP为VIP、MAC为VIP-MAC,目标IP为CIP、MAC为CIP-MAC

特性

• 通过在调度器上修改数据包的目的MAC地址实现转发
• Real-Server和Direct-Server必须在同一网段
• Real-Server的lo接口必须绑定VIP

为什么要抑制ARP请求

• 由于后端Real-Server要将VIP绑定到lo网卡上,这就出现了一个问题,客户端请求到达LVS前端路由器的时候,前端路由器会发送一个{*目标地址为VIP*}的请求报文,所以需要抑制Real-Server的ARP,保证让Direct-Server收到这个报文,而不是realserver收到这个报文
• /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore 的值为1，/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore 的值为1
• /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce的值为2，/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce的值为2
• 一句话说明抑制Real-Server原因:保证前端路由将目标地址为VIP的报文发给Direct-Server,而不是Real-Server

优势

只有请求报文经过调度器,而Real-Server响应处理后无需经过调度器,因此并发量大的时候效率很高

LVS-NAT模式

转发流程

将所有入站请求转发给后端Real-Server,后端Real-Server处理完再发给Direct-Server,Direct-Server再发给客户端

特性

• 既有RIP也有VIP
• Real-Server必须得跟Direct-Server在同一网段
• Real-Server必须将网关指向Direct-Server

优势

只需要一个公网IP给Direct-Server,Direct-Server始终跟外接打交道

劣势

需要依赖Direct-Server把请求转发给Real-Server,Real-Server处理完把结果发给Direct-Server,Direct-Server再把结果转发出去,并发高的时候会成为瓶颈

LVS三种模式对比

ipvsadm介绍

ipvsadm参数

添加虚拟服务器
    语法:ipvsadm -A [-t|u|f]  [vip_addr:port]  [-s:指定算法]
    -A:添加
    -t:TCP协议
    -u:UDP协议
    -f:防火墙标记
    -D:删除虚拟服务器记录
    -E:修改虚拟服务器记录
    -C:清空所有记录
    -L:查看
添加后端RealServer
    语法:ipvsadm -a [-t|u|f] [vip_addr:port] [-r ip_addr] [-g|i|m] [-w 指定权重]
    -a:添加
    -t:TCP协议
    -u:UDP协议
    -f:防火墙标记
    -r:指定后端realserver的IP
    -g:DR模式
    -i:TUN模式
    -m:NAT模式
    -w:指定权重
    -d:删除realserver记录
    -e:修改realserver记录
    -l:查看
通用:
    ipvsadm -ln:查看规则
    service ipvsadm save:保存规则

ipvsadm配置LVS负载均衡

需求

用LVS实现后端两台httpd的负载均衡

环境说明 

lb01	192.168.0.91	lvs
realserver-1	192.168.0.92	httpd
realserver-2	192.168.0.93	httpd
test	192.168.0.94	用来测试负载均衡

负载均衡器端

安装LVS
    yum -y install ipvsadm
    ipvsadm
添加绑定VIP
    ip addr add 192.168.0.89/24 dev eth0 label eth0:1
配置LVS-DR模式
    ipvsadm -A -t 192.168.0.89:80 -s rr
    ipvsadm -a -t 192.168.0.89:80 -r 192.168.0.93 -g
    ipvsadm -a -t 192.168.0.89:80 -r 192.168.0.94 -g

Real-Server端

配置测试后端realserver

    配置httpd省略
    curl 192.168.0.93 #测试realserver-1网站是否正常
    192.168.0.93
    curl 192.168.0.94 #测试realserver-2网站是否正常
    192.168.0.94
绑定VIP到lo网卡
    ip addr add 192.168.0.89/32 dev lo label lo:1  #由于DR模式需要realserver也有VIP
抑制ARP
    echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
    echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
    echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
    echo 1 >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore 

客户端测试

[root@test ~]#curl 192.168.0.89
192.168.0.93
[root@test ~]#curl 192.168.0.89
192.168.0.94

配置LVS+keepalived

需求

• LVS给两台httpd做负载均衡
• keepalived做lvs高可用,同时做Real-Server健康检查,如果发现Real-Server80端口没开,就认为故障,从集群中剔除
• 在keepalived配置文件内就能配置LVS　　

环境说明

lb01	192.168.0.91	lvs keepalived-master
lb02	192.168.0.92	lvs keepalived-backup
realserver-1	192.168.0.93	httpd
realserver-2	192.168.0.94	httpd

在负载均衡器端配置lvs+keepalived

lb01节点

vim /etc/keepalived/keepalived.conf
! Configuration File for keepalived
##################全局配置##########################
global_defs {
    #如有故障,发邮件地址
    notification_email {
    9618154@qq.com              #收件人
    }
    notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc  #keepalived报警邮件,发件人
     smtp_server 192.168.200.1  #邮件服务器地址
    smtp_connect_timeout 30     #邮件服务器超时时间
    router_id LVS_01             #类似于MySQL的server-id,每个keepalived节点不能相同
}
#################keepalived配置#####################
vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER              #keepalived角色,MASTER和BACKUP
    interface eth0            #通信接口,下面的virtual_ipaddress(VIP)绑定到这个网卡
    virtual_router_id 51      #vrrp_instance的唯一标识
    priority 150              #keepalived权重,数值越大权重越大,MASTER应大于BACKUP
    advert_int 1              #发送心跳间隔,如果backup1秒收不到心跳就接管,单位是秒
    authentication {          #每个keepalived节点通过这里设置的验证通信,必须得设置成一样
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.0.89/24       #VIP
    }
}
##################LVS配置##############
#添加虚拟服务器
#相当于 ipvsadm -A -t 192.168.0.89:80 -s wrr
virtual_server 192.168.0.89 80 {
    delay_loop 6             #服务健康检查周期,单位是秒
    lb_algo wrr                 #调度算法
    lb_kind DR                 #模式
    nat_mask 255.255.255.0
    persistence_timeout 50   #回话保持时间,单位是秒
    protocol TCP             #TCP协议转发
#添加后端realserver
#相当于 ipvsadm -a -t 192.168.0.89:80 -r 192.168.0.93:80 -w 1
    real_server 192.168.0.93 80  {    #realserver的真实IP
        weight 1                      #权重
        #健康检查
        TCP_CHECK {
            connect_timeout 8         #超时时间
            nb_get_retry 3            #重试次数
            delay_before_retry 3      #重试间隔
            connect_port 80           #检查realserver的80端口,如果80端口没监听,就会从集群中剔除
        }
    }
    real_server 192.168.0.94 80  {
        weight 1
        TCP_CHECK {
           connect_timeout 8
           nb_get_retry 3
           delay_before_retry 3
           connect_port 80
        }
    }

}

lb02节点

 vim /etc/keepalived/keepalived.conf
! Configuration File for keepalived
################全局配置###########################
global_defs {
    notification_email {
    }
    notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc
    smtp_server 192.168.200.1
    smtp_connect_timeout 30
        router_id LVS_02
}
################keepalived配置#####################
vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    interface eth0
    virtual_router_id 51
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.0.89/24
    }
}
################lvs配置##########################
virtual_server 192.168.0.89 80 {
    delay_loop 6
    lb_algo wrr
    lb_kind DR
    nat_mask 255.255.255.0
    persistence_timeout 50
    protocol TCP
    real_server 192.168.0.93 80  {
        weight 1
        TCP_CHECK {
            connect_timeout 8
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 3
             connect_port 80
        }
    }
    real_server 192.168.0.94 80  {
        weight 1
        TCP_CHECK {
         connect_timeout 8
         nb_get_retry 3
         delay_before_retry 3
         connect_port 80
        }
    }

                }

配置后端Real-Server

确保网站服务是正常的
    curl 192.168.0.93
    192.168.0.93
    curl 192.168.0.94
    192.168.0.94
绑定VIP到lo网卡
    ip addr add 192.168.0.89/32 dev lo label lo:0
抑制ARP
    [root@realserver-1 ~]#echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
    [root@realserver-1 ~]#echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
    [root@realserver-1 ~]#echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
    [root@realserver-1 ~]#echo 1 >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore  

客户端测试

• 负载均衡是否正常
• 后端Real-Server出问题是否自动剔除
• lvs高可用是否正常,提供服务的LVS宕机,vip漂移到另一台LVS继续提供服务

温馨提示：

如果在是实际环境中使用Keepalived做高可用集群解决方案时，为了解决脑裂的问题，我们需要把MASTER与BACKUP服务器的Keepalived的主配置文件(keepalived.conf)中的 "state" 状态都改为 "BACKUP" 优先级 "priority" 选项的值不要设置为相同，可以设置一个数值大另一个数值小；如优先级分别为：priority 100 priority 90