配置LVS + Keepalived高可用负载均衡集群之图文教程

 负载均衡系统可以选用LVS方案，而为避免Director Server单点故障引起系统崩溃，我们可以选用LVS+Keepalived组合保证高可用性。

       重点：每个节点时间都同步哈！

C++代码

[root@DR2 ~]# ntpdate time.windows.com && hwclock -w

1、环境简介：

1）虚拟机：VMware ESXi 5.5 (CentOS 6.4 x86-64安装在其中)

2）操作系统： CentOS 6.4 x86-64

3）Keepalived版本： Keepalived-1.2.9

4）IPVS管理工具IPVSadm-1.26

5) Linux/Unix工具Xmanager 4.0 (Xshell)

2、禁掉防火墙和Selinux

(1) 禁掉防火墙

(2) 禁掉Selinux

C++代码

vim /etc/selinux/config

 

(3) 最后,必须重新启动系统

C++代码

shutdown -r now

重点: DR2、Real Server1和Real Server2如下图所述完成！

3、检查DR1与DR2的连通性：

//在DR1上分别ping DR2的public IP和private IP，如下图所示：

//在DR2上分别ping DR1的public IP和private IP，如下图所示： 

 

 

一、理论篇：

1. LVS简介：

LVS是Linux Virtual Server的简写，意即Linux虚拟服务器，是一个虚拟的服务器集群系统。本项目在1998年5月由章文嵩博士成立，是中国国内最早出现的自由软件项目之一。章文嵩博士目前工作于阿里集团，主要从事集群技术、操作系统、对象存储与数据库的研究。（摘自《BAIDU百科》）

2. LVS集群的组成：

LVS服务器系统由三部分组成：

1）负载均衡层：

位于整个集群系统的最前端，避免单点故障一般最少由2台或2台以上负载调度器组成。

2）服务器群组层：

是一组真正运行应用服务器的机器组成，Real Server可以是Web、FTP、DNS、Mail 、视频等服务器中的一个或N个，每个Real Server之间通过高速的LAN/WAN相连接。为了节省宝贵的资源，在生产环境中，Director Server同时身兼Real Server的角色！

3）共享存储层：

为Real Server提供共享存储空间和内容一致性的存储区域。可以为磁盘阵列、Red Hat的GFS文件系统、Oracle的OCFS2文件系统等。

Director Server是整个LVS的核心！到目前为止，Director server只能安装在Linux、FreeBSD上，如果Linux内核是2.6及以上时，则已经内置了LVS的各个模块，不用作任何的设置就支持LVS功能。

Real Server服务器几乎为所有有系统平台，如：Windows、Linux、Solaris、AIX、BSD等系统平台。

3. LVS集群的特点：

(1) IP负载均衡和负载调度算法；

(2) 高可用性;

(3) 高可靠性;

(4) 适用环境;

(5) 开源软件。

4. LVS集群系统的优缺点：

LVS集群系统的优点：

(1) 抗负载能力强

工作在第4层仅作分发之用，没有流量的产生，这个特点也决定了它在负载均衡软件里的性能最强的；无流量，同时保证了均衡器I/O的性能不会受到大流量的影响；

(2) 工作稳定

自身有完整的双机热备方案，如LVS+Keepalived和LVS+Heartbeat；    

(3) 应用范围比较广

可以对所有应用做负载均衡；    

(4) 配置性比较低

既是优点，也是缺点，因为没有太多配置，所以并不需要太多接触，大大减少了人为出错的几率；    

LVS集群系统的缺点：

(1) 软件本身不支持正则处理，不能做动静分离，这就凸显了Nginx/HAProxy+Keepalived的优势。     

(2) 如果网站应用比较庞大，LVS/DR+Keepalived就比较复杂了，特别是后面有Windows Server应用的机器，

实施及配置还有维护过程就比较麻烦，相对而言，Nginx/HAProxy+Keepalived就简单多了。

集群根据业务目标而分为以下几种：

(1) High Availability (高可用)： 目的是保持业务的持续性。

(2) Load Balancing(负载均衡)： 将请求一个个分担到不同一计算机上去，每台计算机独立完成一个用户的请求的。

(3) High Performance (高性能)： 需要一组计算机共同完成一件事情。

5. 实现集群产品：

*HA

(1)RHCS: 企业内用得比较多

(2)heartbeat:

(3)keepalived:

(*)黄金组合: LVS + Keepalived (重点)

*LB(负载均衡)

(1)HAProxy;

(2)LVS;

(3)Nginx;

(4)硬件F5;

(5)Piranha :红帽光盘自带的,但在Linux 6.0中又去掉了

*HPC

6. LVS负载均衡技术:

(1)LVS-DR模式(Direct routing)：直接路由模式。用得最多！可以跟100个以上Real Server

(2)LVS-NAT模式(Network Address Translaton): 只能跟3~5个Real Server;

(3)LVS-TUN模式(IP Tunneling): 应用于远程，尤其是外网等

7. LVS-NAT特性:

(1)Real Server必须与Director在同一网络,仅用于与Director服务器通讯；

(2)Director接收所有的数据包通讯(包括客户端与Director、Director和real server直接的通讯)；

(3)Real Server的默认网关指向Director的真实IP地址;

(4)Director支持端口映射,可以将客户端的请求映射到Real Server的另一个端口;(与DR模式的区别)

(5)支持任意操作系统; 如:Windows、Linux、FreeBSD、AIX等

(6)单一的Director是整个集群的瓶颈(故一般都是2台或2台以上的Director机器)

8. LVS负载均衡的调度算法(静态)

(1)轮循调度(Round Robin)(rr)(最笨的调度算法)

调度器通过“轮循”调度算法将外部请求按顺序轮流分配到集群中的Real Server上，均等每一台Server，而不管Server上实际的连接和系统负载。

(2)加权轮循(Weighted Round Robin)(wrr)

调度器通过”加权轮循”调度算法根据真实服务器的不同处理能力来调访问请求。如此保证处理能力强的服务器能处理更多的访问流量。调度器可以自动问询真实服务器的负载情况，并动态地调整其权值。

(3)目标地址散列(Destination Hashing)(DH)(有缓存,目标不变,则不变)

它的调度算法根据请求的目标IP地址,作为散列(Hash Key)从静态分配的散列表找出对应的服务器,若该服务器是可用的且未超载,则将请求发送到该服务器,否则返回空。

(4)源地址散列(Source Hashing)(SH) (有缓存,源不变,则不变)

是根据请求的源IP地址,作为散列键(Hash key)从静态分配的散列表找出对应的服务器,若该 服务器是可用的且未超载,将请求发送到该服务器,否则返回空。

9. LVS负载均衡的调度算法(动态)

(5)最少链接(Least Connections)(LC)

调度器通过”最少连接”调度算法动态地将网络请求调度到已建立的链接数最少的服务器上。若集群系统的真实服务器具有相近的系统性能，采用“最少连接”调度算法可以较好地均衡负载。

公式：LC = 活动连接数*256 + 非活动连接数

例如：

(6)加权最少链接(Weighted Least Connections)(WLC) 注：目前最优秀的调度算法！

适应:在集群系统中的服务器性能差异较大的情况下,调度器采用”加权最少链接”调算法优化负载均衡性能。具有较高权值的服务器将承受较大比例的活动连接负载。调度器可以自动问询真实服务器的负载情况，并动态地调整其权值。

例如：在上表加入Real Server1权值 为3，Real Server2权值为1时，则

公式：WLC = （活动连接数*256 + 非活动连接数）/权重

(7)最短的期望的延时(Shortest Expected Delay)(SED)

sed只是在WLC上做了些微调而已。只计算活动连接数！

公式：LC = (活动连接数+1)*256 ÷权重

(8)最少队列调度(Never Queue Scheduling)(NQS)

无需队列。若Real Server的连接数=0,就直接分配过去,不需要再进行sed运算。只计算活动连接数！

(9)基于局部性的最少连接(Locality-Based Least Connections)(LBLC)

它的调度算法针对目标IP地址的负载均衡,目前主要用于Cache集群系统。该算法根据请求的目标IP地址找出该目标IP地址最近使用的服务器，若该服务器是可用的且没有超载，将请求发送到该服务器；若服务器不存在，或者该服务器超载且有服务器处于一半的工作负载，则用“最少连接”的原则选出一个可用的服务器，将请求发送到该服务器。(HD动态算法)

(10)带复制的基于局部最少链接(Locality-Based Leat Connections Witch Replication)(LBLCR)

此调算法也是针对目标IP地址的负载均衡,目前主要用于Cache集群系统。它与LBLC算法的不同之处是它要维护从一个目标IP地址到一组服务器的映射，而LBLC算法维护从一个目标IP地址到一台服务器的映射。该算法根据请求的目标IP地址找出该目标IP地址对应的服务器组，按“最小连接”原则从服务器组中选出一台服务器，若服务器没有超载，将请求发送到该服务器，若服务器超载，则按“按最少连接”原则从这个集群中选出一台服务器，将该服务器加入到服务器组中，将请求发送到该服务器。同时，当该服务器组有一段时间没有被修改，将最忙的服务器从服务器组中删除，以降低复制的程度。

二、实战篇：

1. 安装LVS软件：(分别在DR1和DR2中)

LVS软件包括二部分：

① IPVS模块，LVS已经是Linux标准内核的一部分,直接被编译在内核中!

② IPVS管理工具IPVSadm ，如：IPVSadm-1.26

1）检查是否安装了IPVS模块： 注:LVS已经是Linux标准内核的一部分,直接被编译在内核中!

方法1: 查看IPVS模块是否真的编译到内核中去了，如下图所示：

由上可知，有3个项，说明这个功能已经编译到内核中了！

方法2： 使用modprobe命令查看，如下图所示：

由上可知，明显安装了支持LVS的IPVS模块！

2）在DR1上安装IPVS管理软件：

方法1:源码安装

C++代码

[root@DR1 src]# cd ipvsadm-1.26
[root@DR1 ipvsadm-1.26]# make

//make时，出现如下所示：

 

解决方法：

安装以下4个包: (rpm –ivh 软件包名)

(1) popt-1.13-7.el6.x86_64.rpm

(2) libnl-1.1-14.el6.x86_64.rpm

(3) libnl-devel-1.1-14.el6.x86_64.rpm

(4)popt-static-1.13-7.el6.x86_64.rpm

重点：

安装以上4个包后，安装成功，如下图所示：

方法2: yum安装

C++代码

yum -y install ipvsadm

//检查ipvsadm安装是否成功:

 

如果显示了ipvsadm的各种用法，则说明ipvsadm安装成功了！

2. 安装Keepalived (分别在DR1和DR2中)

 

C++代码

[root@DR1 src]# cd keepalived-1.2.9
[root@DR1 keepalived-1.2.9]# ./configure --sysconf=/etc\
> --with-kernel-dir=/usr/src/kernels/2.6.32-358.el6.x86_64/

重点: 确保下面3行是 yes ！如下图所示：

//编译之

C++代码

[root@DR1 keepalived-1.2.9]# make

//安装

//做个软链接

C++代码

[root@DR1 keepalived-1.2.9]# ln -s /usr/local/sbin/keepalived /sbin/

//检验安装是否成功：

如果显示了Keepalived的各种用法，则说明Keepalived安装成功了！

//同理DR2中安装keepalived,现在检查安装是否成功:

3. 配置keepalived

(1)在DR1上配置keepalived:

最简单的方法：先在记事本中，手工创建之。复制到/etc/keepalived/keepalived.conf中，保存即可！

//手工创建keepalived.conf文件(vim /etc/keepalived/keepalived.conf)

C++代码

! Configuration File for keepalived
global_defs {
   notification_email {
     [e-mail]   #设置报警邮件地址,可以设置多个,每行1个，
     [e-mail]  #需开启邮件报警及本机的Sendmail服务。
     [e-mail]
   }
   notification_email_from [e-mail]
   smtp_server 192.168.200.1  #设置SMTP Server地址；
   smtp_connect_timeout 30
   router_id LVS_DEVEL
}
           ########VRRP Instance########
vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER    #指定Keepalived的角色，MASTER为主机服务器，BACKUP为备用服务器
    interface eth0  #BACKUP为备用服务器
    virtual_router_id 51
    priority 100    #定义优先级，数字越大，优先级越高，主DR必须大于备用DR。
    advert_int 1
    authentication {
        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
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.1.200  #设置主DR的虚拟IP地址(virtual IP),可多设，但必须每行1个
    }
}
           ########Virtual Server########
virtual_server 192.168.1.200 80 {  #注意IP地址与端口号之间用空格隔开
    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，默认为rr,即轮询算法,最优秀是wlc算法
    lb_kind DR          #设置LVS实现LB机制，有NAT、TUNN和DR三个模式可选
    nat_mask 255.255.255.0
    persistence_timeout 50  #会话保持时间，单位为秒
    protocol TCP        #指定转发协议类型，有TCP和UDP两种
    real_server 192.168.1.132 80 {
        weight 1          #配置节点权值，数字越大权值越高
        TCP_CHECK {
            connect_timeout 3     #表示3秒无响应，则超时
            nb_get_retry 3        #表示重试次数
            delay_before_retry 3  #表示重试间隔
        }
    }
    real_server 192.168.1.133 80 {  #配置服务器节点，即Real Server2的public IP
        weight 3            #配置节点权值，数字越大权值越高
        TCP_CHECK {
            connect_timeout 3       #表示3秒无响应，则超时
            nb_get_retry 3          #表示重试次数
            delay_before_retry 3    #表示重试间隔
        }
    }
}

//启动哈keepalived、设置keepalived服务自动启动、检查是否生效，如下图所示：

(2)在DR2上配置keepalived:

先将上面记事本中的keepalived.conf配置文件，仅仅修改2处，如下图所示：

No.1处：把“stateMASTER”修改为“stateBACKUP” #即备用服务器；

No.2处：把“priority 100”修改为“priority 90” #优先级为90。

修改好后，复制到DR2的/etc/keepalived/keepalived.conf中，保存即可！

//启动哈keepalived、设置keepalived服务自动启动、检查是否生效，如下图所示：

4. 配置Real Server节点:

1)yum –y install httpd

2)启动httpd服务时,出错:

//vim /etc/httpd/conf/httpd.conf中,依如下操作:

#265 ServerName www.example.com:80 //去掉前面的#号即可!

3)在RealServer1和RealServer2上的脚本realserver.sh:

C++代码

#add for chkconfig
#chkconfig: 2345 70 30  #234都是文本界面，5就是图形界面X，70启动顺序号，30系统关闭，脚本
#止顺序号
#description: RealServer's script  #关于脚本的简短描述
#processname: realserver.sh       #第一个进程名，后边设置自动时会用到
#!/bin/bash
VIP=192.168.1.200
source /etc/rc.d/init.d/functions
case "$1" in
start)
       ifconfig lo:0 $VIP netmask 255.255.255.255 broadcast $VIP
       /sbin/route add -host $VIP dev lo:0
       echo "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
       echo "RealServer Start OK"
       ;;
stop)
       ifconfig lo:0 down
       route del $VIP >/dev/null 2>&1
       echo "0" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
       echo "0" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
       echo "0" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
       echo "0" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
       echo "RealServer Stoped"
       ;;
       *)
       echo "Usage: $0 {start|stop}"
       exit 1
esac
exit 0

//为realserver.sh添加权限

5. 启动keepalived + LVS集群系统：

6. 测试分为三个部分：

1)高可用性功能测试：

高可用性是通过LVS的两个DR1和DR2完成的。为了模拟故障，先将DR1上的Keepalived服务停止或者干脆关掉节点DR1，然后观察备用DR2上Keepalived是否获得虚拟IP地址，即VIP 192.168.1.200

//在DR1查看哈，信息如下图所示：

由上可知，虚拟IP地址在DR1节点上，即VIP 192.168.1.200

//在DR2查看哈，信息如下图所示：

【思考】自己查查看,一定会成功!

方法1：命令检验法

使用命令ipvsadm –Ln和ip addr list/show查看虚拟IP漂移情况来判断。

//关闭DR1，模拟宕机，如下图所示：

由上图可知，DR1确实宕机了，而DR2得到了虚拟IP地址（上图红框中的192.168.1.200）

且访问依然正常，再次证明了高可用性，如下图所示：

方法2：查看日志法

//关闭DR1/停止DR1的keepalived服务，模拟宕机，在DR2中查看日志，如下图日志所示：

//再查看DR2是否立刻检测到DR1出现故障，确实非常快就检测到DR1的故障，并马上接管主机的虚拟IP地址（192.168.1.200）,注意观察上图和下图！

2）负载均衡测试：

为了便于测试，我们在Real Server1和Real Server2分别配置www服务的网页且内容也好识别，如下图所示：

方法1：客户端浏览器中测试

由上可知，我们在VMWare中的XP操作系统和物理机器win 7的浏览器中分别输入http://192.168.1.200且不断地刷新之都可访问！

方法2：用压力测试法

C++代码

[root@CentOS6 ~]# ab –c 100 –n 10000 http://192.168.1.200/index.html

3）故障切换测试

故障切换是测试在某个节点出现故障后，keepalived监控模块能否及时发现，然后屏蔽故障节点，同时将服务转移到正常节点上执行之。

停掉节点Real Server2服务，模拟该节点出现故障，然后查查看主、备机器日志信息：

方法1：查看主、备机器日志信息

//先停掉节点Real Server2的httpd服务，如下图所示：

//再查看DR1上的日志，如下图所示：

//再查看DR2上的日志，如下图所示：

由上可知，故障切换测试成功！

方法2：客户端浏览器中测试

   不断刷新网页一直就显示如上图所示：Real Server1内容！可见故障切换成功！