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配置LVS + Keepalived高可用负载均衡集群之图文教程

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发表于 2016-2-1 21:14:24 |显示全部楼层
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、SolarisAIX、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VS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 {  
  •      acassen@firewall.loc   #设置报警邮件地址,可以设置多个,每行1个,  
  •      failover@firewall.loc  #需开启邮件报警及本机的Sendmail服务。  
  •      sysadmin@firewall.loc  
  •    }  
  •    notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc  
  •    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

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!
http://www.jizhuomi.com/software/351.html
配置LVS + Keepalived高可用负载均衡集群之图文教程

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