Linux下部署lvs+keepalived实现高可用负载均衡

lvs+keepalived是什么？

keepalived工作原理

keepalived是集群管理中保证集群高可用的一个服务软件，其功能类似于heartbeat，用来防止单点故障。

keepalived是以VRRP协议为实现基础的，VRRP全称Virtual Router Redundancy Protocol，即虚拟路由冗余协议。

虚拟路由冗余协议，可以认为是实现路由器高可用的协议，即将N台提供相同功能的路由器组成一个路由器组，这个组里面有一个master和多个backup，master上面有一个对外提供服务的vip（该路由器所在局域网内其他机器的默认路由为该vip），master会发组播，当backup收不到vrrp包时就认为master宕掉了，这时就需要根据VRRP的优先级来选举一个backup当master。这样的话就可以保证路由器的高可用了。

LVS简介与工作原理

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。目前有三种IP负载均衡技术（VS/NAT、VS/TUN和VS/DR），十种调度算法
(rrr|wrr|lc|wlc|lblc|lblcr|dh|sh|sed|nq）。

　LVS主要用于服务器集群的负载均衡。它工作在网络层，可以实现高性能，高可用的服务器集群技术。它廉价，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。它易用，配置非常简单，且有多种负载均衡的方法。它稳定可靠，即使在集群的服务器中某台服务器无法正常工作，也不影响整体效果。另外可扩展性也非常好。

可以利用LVS技术实现高可伸缩的、高可用的网络服务，例如WWW服务、Cache服务、DNS服务、FTP服务、MAIL服务、视频/音频点播服务等等，有许多比较著名网站和组织都在使用LVS架设的集群系统，例如：Linux的门户网站（www.linux.com）、向RealPlayer提供音频视频服务而闻名的Real公司（www.real.com）、全球最大的开源网站（sourceforge.net）等。

（1）LVS是四层负载均衡，也就是说建立在OSI模型的第四层——传输层之上，传输层上有我们熟悉的TCP/UDP，LVS支持TCP/UDP的负载均衡。因为LVS是四层负载均衡，因此它相对于其它高层负载均衡的解决办法，比如DNS域名轮流解析、应用层负载的调度、客户端的调度等，它的效率是非常高的。

（2）LVS的转发主要通过修改IP地址（NAT模式，分为源地址修改SNAT和目标地址修改DNAT）、修改目标MAC（DR模式）来实现。

①NAT模式：网络地址转换
　　NAT（Network Address Translation）是一种外网和内网地址映射的技术。NAT模式下，网络数据报的进出都要经过LVS的处理。LVS需要作为RS（真实服务器）的网关。当包到达LVS时，LVS做目标地址转换（DNAT），将目标IP改为RS的IP。RS接收到包以后，仿佛是客户端直接发给它的一样。RS处理完，返回响应时，源IP是RS IP，目标IP是客户端的IP。这时RS的包通过网关（LVS）中转，LVS会做源地址转换（SNAT），将包的源地址改为VIP，这样，这个包对客户端看起来就仿佛是LVS直接返回给它的。客户端无法感知到后端RS的存在。

②DR模式：直接路由
　　DR模式下需要LVS和RS集群绑定同一个VIP（RS通过将VIP绑定在loopback实现），但与NAT的不同点在于：请求由LVS接受，由真实提供服务的服务器（RealServer, RS）直接返回给用户，返回的时候不经过LVS。详细来看，一个请求过来时，LVS只需要将网络帧的MAC地址修改为某一台RS的MAC，该包就会被转发到相应的RS处理，注意此时的源IP和目标IP都没变，LVS只是做了一下移花接木。RS收到LVS转发来的包时，链路层发现MAC是自己的，到上面的网络层，发现IP也是自己的，于是这个包被合法地接受，RS感知不到前面有LVS的存在。而当RS返回响应时，只要直接向源IP（即用户的IP）返回即可，不再经过LVS。

（3）DR负载均衡模式数据分发过程中不修改IP地址，只修改mac地址，由于实际处理请求的真实物理IP地址和数据请求目的IP地址一致，所以不需要通过负载均衡服务器进行地址转换，可将响应数据包直接返回给用户浏览器，避免负载均衡服务器网卡带宽成为瓶颈。因此，DR模式具有较好的性能，也是目前大型网站使用最广泛的一种负载均衡手段。

lvs+keepalived
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，更改lvs的配置文件，就能实现无缝配置变更！

实战：lvs（DR模型）+keepalived实现高可用负载均衡

实验环境：

五台机器，两台后台WEB服务器，两台负载均衡调度服务器，分为一主一从，一台客户机做访问测试。
负载均衡调度服务器ip：主 172.18.24.26/16 从 172.18.24.6/16
WEB服务器ip：172.18.24.16/16 172.18.24.107/16
客户机测主机ip：172.18.24.17/16
配置主调度服务器

[root@localhost ~]#vim /etc/keepalived/keepalived.conf
! Configuration File for keepalived
global_defs {notification_email {root@localhost}notification_email_from node1@localhostsmtp_server 127.0.0.1smtp_connect_timeout 30router_id node1vrrp_mcast_group4 224.100.100.100}
vrrp_instance VI_1 {state MASTERinterface eth0virtual_router_id 88priority 100advert_int 1authentication {auth_type PASSauth_pass 1111}virtual_ipaddress {172.18.24.46}
}
virtual_server 172.18.24.46 80 {delay_loop 6lb_algo wrrlb_kind DRnat_mask 255.255.255.0persistence_timeout 50protocol TCPsorry_server 127.0.0.1 80real_server 172.18.24.107 80 {weight 2HTTP_GET {url {path /index.htmlstatus_code 200}connect_timeout 3nb_get_retry 3delay_before_retry 3}}real_server 172.18.24.16 80 {weight 1HTTP_GET {url {path /index.htmlstatus_code 200}connect_timeout 3nb_get_retry 3delay_before_retry 3}}
}
[root@localhost ~]#service keepalived start   #启动服务

配置从调度服务器

[root@localhost ~]#vim /etc/keepalived/keepalived.conf
! Configuration File for keepalived
global_defs {notification_email {root@localhost}notification_email_from node1@localhostsmtp_server 127.0.0.1smtp_connect_timeout 30router_id node1vrrp_mcast_group4 224.100.100.100}
vrrp_instance VI_1 {state BACKUPinterface eth0virtual_router_id 88priority 80advert_int 1authentication {auth_type PASSauth_pass 1111}
virtual_ipaddress {172.18.24.46}
}
virtual_server 172.18.24.46 80 {delay_loop 6lb_algo wrrlb_kind DRnat_mask 255.255.255.0persistence_timeout 50protocol TCPsorry_server 127.0.0.1 80real_server 172.18.24.107 80 {weight 2HTTP_GET {url {path /index.htmlstatus_code 200}connect_timeout 3nb_get_retry 3delay_before_retry 3}}real_server 172.18.24.16 80 {weight 1HTTP_GET {url {path /index.htmlstatus_code 200}connect_timeout 3nb_get_retry 3delay_before_retry 3}}
}
[root@localhost ~]#service keepalived start   #启动服务
#主服务器启动后，从服务器虽然启动服务，但是也还是获取不到VIP地址，只有当主调度服务器出故障后，从服务器才能获取到VIP地址。

配置两台WEB服务器

## lvs_dr_rs.sh 脚本用于节点服务器绑定 VIP ，并抑制响应 VIP 的 ARP 请求。
## 这样做的目的是为了不让关于 VIP 的 ARP 广播时，节点服务器应答（ 因为节点服务器都绑定了 VIP ，如果不做设置它们会应答，就会乱套 ）
[root@localhost ~]#vim lvs_dr_rs.sh#!/bin/bash#Author:wangxiaochun#Date:2017-08-13vip=172.18.24.106mask='255.255.255.255'dev=lo:1case $1 instart)echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignoreecho 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignoreecho 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announceecho 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announceifconfig $dev $vip netmask $mask broadcast $vip up#route add -host $vip dev $devecho "The RS Server is Ready!";;stop)ifconfig $dev downecho 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignoreecho 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignoreecho 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announceecho 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announceecho "The RS Server is Canceled!";;*)echo "Usage: $(basename $0) start|stop"exit 1;;esac
[root@varnish ~]#bash lvs_dr.sh start  #执行脚本
The RS Server is Ready!

两台web服务器都要执行此脚本！

然后，在这两台服务器上安装Apache软件，开启httpd服务，并且设置好默认测试主页，比较简单，这里不再细讲。

测试
我们设置的调度算法是加权轮询，权重是2:1
在客户端主机172.18.24.46上测试

[root@localhost ~]#curl 172.18.24.46
real_srever1 107
[root@localhost ~]#curl 172.18.24.46
real_srever1 107
[root@localhost ~]#curl 172.18.24.46
real_srever2 16
[root@localhost ~]#curl 172.18.24.46
real_srever1 107
[root@localhost ~]#curl 172.18.24.46
real_srever1 107
[root@localhost ~]#curl 172.18.24.46
real_srever2 16

停掉主调度服务器的keepalived服务

[root@localhost ~]#server keepalived stop

继续测试

[root@localhost ~]#curl 172.18.24.46
real_srever1 107
[root@localhost ~]#curl 172.18.24.46
real_srever1 107
[root@localhost ~]#curl 172.18.24.46
real_srever2 16

能正常工作。

从测试可看出，测试三次，两个调度到107主机上，一个调度上16上。当主调度服务器出故障后，从服务器能马上接替VIP，提供调度服务。

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