[18] Linux集群架构

时间：2022-10-19 08:09:53

[18] Linux集群架构

18.1 集群介绍

根据功能划分为两大类：高可用和负载均衡

  • 介绍
1. 高可用集群通常为两台服务器，一台工作，另外一台作为冗余，当提供服务的机器宕机，冗余将接替继续提供服务

2. 实现高可用的开源软件有：heartbeat、keepalived

3.负载均衡集群，需要有一台服务器作为分发器，它负责把用户的请求分发给后端的服务器处理，在这个集群里，除了分发器外，就是给用户提供服务的服务器了，这些服务器数量至少为2

4. 实现负载均衡的开源软件有LVS、keepalived、haproxy、nginx，商业的有F5、Netscaler

18.2 keepalived介绍

使用keepalived来实现高可用集群，因为heartbeat在centos6上有一些问题，影响实验效果

  • 介绍
1. keepalived通过VRRP（Virtual Router Redundancy Protocl）来实现高可用。

2. 在这个协议里会将多台功能相同的路由器组成一个小组，这个小组里会有1个master角色和N（N>=1）个backup角色。

3. master会通过组播的形式向各个backup发送VRRP协议的数据包，当backup收不到master发来的VRRP数据包时，就会认为master宕机了。此时就需要根据各个backup的优先级来决定谁成为新的mater。

4. Keepalived要有三个模块，分别是core、check和vrrp。其中core模块为keepalived的核心，负责主进程的启动、维护以及全局配置文件的加载和解析，check模块负责健康检查，vrrp模块是来实现VRRP协议的。

18.3 用keepalived配置高可用集群

  • 实验准备
1. 准备两台机器11和22，11作为master，22作为backup

2. 两台机器都执行yum install -y keepalived

3. 两台机器都安装nginx，其中11上已经编译安装过nginx，22上需要yum安装nginx: yum install -y nginx
  • 配置msater keepallived配置文件
1. 清空初始的配置文件
[root@localhost ~]# > /etc/keepalived/keepalived.conf

2. 粘贴以下配置文件
[root@localhost ~]# vim /etc/keepalived/keepalived.conf 

global_defs {
   notification_email {
     aming@aminglinux.com  #给邮箱发送报警邮件
   }
   notification_email_from root@aminglinux.com  #从哪一个邮箱发邮件
   smtp_server 127.0.0.1
   smtp_connect_timeout 30
   router_id LVS_DEVEL
}
vrrp_script chk_nginx {
    script "/usr/local/sbin/check_ng.sh"   #使用这个脚本检测服务是否正常，需要另外编写指定
    interval 3  #检测时间3s一次
}
vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER  #定义角色，master或backup
    interface ens33  #通过哪一个网卡进行发送vrrp广播
    virtual_router_id 51  #定义路由器ID，master和backup保持一致
    priority 100  # 定义权重，主和从不一致
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS  #定义密码认证
        auth_pass 000000  #定义密码字符串
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.188.100  # master和backup共有ip，域名解析用
    }
    track_script {
        chk_nginx
    }
}
  • 定义master监控脚本
[root@localhost ~]# vim /usr/local/sbin/check_ng.sh

#!/bin/bash
#时间变量，用于记录日志
d=`date --date today +%Y%m%d_%H:%M:%S`
#计算nginx进程数量
n=`ps -C nginx --no-heading|wc -l`
#如果进程为0，则启动nginx，并且再次检测nginx进程数量，
#如果还为0，说明nginx无法启动，此时需要关闭keepalived
if [ $n -eq "0" ]; then
        /etc/init.d/nginx start
        n2=`ps -C nginx --no-heading|wc -l`
        if [ $n2 -eq "0"  ]; then
                echo "$d nginx down,keepalived will stop" >> /var/log/check_ng.log
                systemctl stop keepalived
        fi
fi

[root@localhost ~]# chmod 755 /usr/local/sbin/check_ng.sh
[root@localhost ~]# ip add 查看vip
  • 启动keepalived服务
[root@localhost ~]# systemctl start keepalived
[root@localhost ~]# chkconfig keepalived on
  • 配置backup keepallived配置文件
[root@Centos 7 ~]# > /etc/keepalived/keepalived.conf


global_defs {
   notification_email {
     aming@aminglinux.com
   }
   notification_email_from root@aminglinux.com
   smtp_server 127.0.0.1
   smtp_connect_timeout 30
   router_id LVS_DEVEL
}
vrrp_script chk_nginx {
    script "/usr/local/sbin/check_ng.sh"
    interval 3
}
vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    interface ens33
    virtual_router_id 51
    priority 90
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 000000
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.1.100
    }
    track_script {
        chk_nginx
    }
}
  • 配置backup监控脚本
#时间变量，用于记录日志
d=`date --date today +%Y%m%d_%H:%M:%S`
#计算nginx进程数量
n=`ps -C nginx --no-heading|wc -l`
#如果进程为0，则启动nginx，并且再次检测nginx进程数量，
#如果还为0，说明nginx无法启动，此时需要关闭keepalived
if [ $n -eq "0" ]; then
        systemctl start nginx  ##根据实际情况写启动命令
        n2=`ps -C nginx --no-heading|wc -l`
        if [ $n2 -eq "0"  ]; then
                echo "$d nginx down,keepalived will stop" >> /var/log/check_ng.log
                systemctl stop keepalived
        fi
fi

[root@Centos 7 ~]# chmod 755 /usr/local/sbin/check_ng.sh
  • 启动keepalived服务
[root@Centos 7 ~]# systemctl start keepalived
[root@Centos 7 ~]# chkconfig keepalived on
  • 测试高可用
1. 确定两台机器nginx差异
2. 关闭master、backup防火墙和selinux
3. 关闭master keepalived服务，查看master vip：ip add是否为192.168.1.100。否为正常。
4. 然后再查看backup vip：vip：ip add是否为192.168.1.100。是为正常

18.4 负载均衡集群介绍

主流开源软件LVS、keepalived、haproxy、nginx等

1. 其中LVS属于4层（网络OSI 7层模型），nginx属于7层，haproxy既可以认为是4层，也可以当做7层使用

2. keepalived的负载均衡功能其实就是内置lvs

3. lvs这种4层的负载均衡是可以分发除80外的其他端口通信的，比如MySQL，而nginx仅仅支持http、https、mail、haproxy也支持MySQL

4. 相比较来说，LVS这种4层的更稳定，能承受更多的请求，而nginx这种7层的更加灵活，能实现更多的个性化需求，比如针对访问的目录做后端的内容分发。

18.5 LVS介绍

LVS最新版本基于Linux内核2.6

1. LVS有三种常见的模式：NAT、DR、IP Tunnel
2. LVS架构中有一个核心角色叫做分发器（Load balance），它用来分发用户的请求，还有诸多处理用户请求的服务器（Real Server，简称rs）
  • NAT模式
    [18] Linux集群架构 
1. 这种模式借助iptables的nat表来实现
2. 用户的请求到分发器后，通过预设的iptables规则，把请求的数据包转发到后端的rs上去
3. rs需要设定网关为分发器的内网ip
4. 用户请求的数据包和返回给用户的数据包全部经过分发器，所以分发器成为瓶颈
5. 在nat模式中，只需要分发器有公网ip即可，所以比较节省公网ip资源
  • IP Tunnel模式
    [18] Linux集群架构 
1. 需要有一个公共的IP配置在分发器和所有rs上，我们把它叫做vip
2. 客户端请求的目标IP为vip，分发器接收到请求数据包后，会对数据包做一个加工，会把目标IP改为rs的IP，这样数据包就到了rs上
3. rs接收数据包后，会还原原始数据包，这样目标IP为vip，因为所有rs上配置了这个vip，所以它会认为是它自己
  • DR模式
    [18] Linux集群架构 
1. 这种模式，也需要有一个公共的IP配置在分发器和所有rs上，也就是vip
2. 和IP Tunnel不同的是，它会把数据包的MAC地址修改为rs的MAC地址
3. rs接收数据包后，会还原原始数据包，这样目标IP为vip，因为所有rs上配置了这个vip，所以它会认为是它自己

18.6 LVS调度算法

1. 轮询 Round-Robin  rr
2. 加权轮询 Weight Round-Robin wrr
3. 最小连接 Least-Connection lc
4. 加权最小连接 Weight Least-Connection wlc
5. 基于局部性的最小连接 Locality-Based Least Connections lblc
6. 带复制的基于局部性最小连接 Locality-Based Least Connections with Replication  lblcr
7. 目标地址散列调度 Destination Hashing dh
8. 源地址散列调度 Source Hashing  sh

18.7 NAT 模式搭建

  • 准备机器
三台机器，角色分别为

1. 分发器（linux01）：内网192.168.1.11，外网：192.168.2.11（vm设置仅主机模式）
2. rs1（linux02）：192.168.1.22 设置网关：192.168.1.11
3. rs2（linux03）：192.168.1.55 设置网关：192.168.1.11

三台机器都执行命令
1. systemctl stop firewalld; systemctl disable firewalld
2. systemctl start  iptables-services; iptables -F; service iptables save 
3. 关闭selinux
  • 搭建NAT模式
1. 分发器dir安装ipvsadm
[root@linux01 ~]# yum install -y ipvsadm

2. 分发器编辑脚本
[root@linux01 ~]# vim /usr/local/sbin/lvs_nat.sh

#! /bin/bash
# director 服务器上开启路由转发功能
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
# 关闭icmp的重定向
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/send_redirects
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/default/send_redirects
# 注意区分网卡名字，rs两个网卡分别为ens33(内网)和ens39（外网）
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/ens33/send_redirects
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/ens39/send_redirects
# director 设置nat防火墙
iptables -t nat -F
iptables -t nat -X
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.1.0/24  -j MASQUERADE
# director设置ipvsadm
IPVSADM='/usr/sbin/ipvsadm'
$IPVSADM -C
$IPVSADM -A -t 192.168.2.11:80 -s wlc -p 3
$IPVSADM -a -t 192.168.2.11:80 -r 192.168.1.22:80 -m -w 1
$IPVSADM -a -t 192.168.2.11:80 -r 192.168.1.55:80 -m -w 1

[root@linux01 ~]# sh /usr/local/sbin/lvs_nat.sh
  • NAT测试
 两台rs上都安装nginx
 设置两台rs的主页，做一个区分
 浏览器里访问192.168.2.11，多访问几次看结果差异，有差异表示正常

18.8 LVS DR模式搭建

  • 准备机器
三台机器，角色分别为

1. 分发器（linux01）：内网192.168.1.11
2. rs1（linux02）：192.168.1.22 设置网关：192.168.1.1
3. rs2（linux03）：192.168.1.55 设置网关：192.168.1.1
4. VIP 192.168.1.66

三台机器都执行命令
1. systemctl stop firewalld; systemctl disable firewalld
2. systemctl start  iptables-services; iptables -F; service iptables save 
3. 关闭selinux


  • dir编辑脚本

vim /usr/local/sbin/lvs_dr.sh 

#! /bin/bash
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
ipv=/usr/sbin/ipvsadm
vip=192.168.1.66
rs1=192.168.1.22
rs2=192.168.1.55
#注意这里的网卡名字
ifdown ens33
ifup ens33
ifconfig ens33:2 $vip broadcast $vip netmask 255.255.255.255 up
route add -host $vip dev ens33:2
$ipv -C
$ipv -A -t $vip:80 -s wrr
$ipv -a -t $vip:80 -r $rs1:80 -g -w 1
$ipv -a -t $vip:80 -r $rs2:80 -g -w 1


  • 两台rs编辑脚本

vim /usr/local/sbin/lvs_rs.sh 

#/bin/bash
vip=192.168.1.66
#把vip绑定在lo上，是为了实现rs直接把结果返回给客户端
ifconfig lo:0 $vip broadcast $vip netmask 255.255.255.255 up
route add -host $vip lo:0
#以下操作为更改arp内核参数，目的是为了让rs顺利发送mac地址给客户端
#参考文档www.cnblogs.com/lgfeng/archive/2012/10/16/2726308.html
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
  • 测试
nginx主页区分两台负载均衡测试机
浏览器访问192.168.1.66
不停的刷新页面，查看主页变化

18.9 keepalived + LVS DR

LVS中为什么要用keeplived作为负载均衡分发器，其中一个很重要的原因，lvs中使用的ipvsadm分发器不能实现高可用。

  1. 完整架构需要两台服务器（角色为dir）分别安装keepalived软件，目的是实现高可用，但keepalived本身也有负载均衡的功能，所以本次实验可以只安装一台keepalived

  2. keepalived内置了ipvsadm的功能，所以不需要再安装ipvsadm包，也不用编写和执行那个lvs_dir的脚本

    • 准备机器 
 三台机器分别为：
 dir（安装keepalived）192.168.1.11
 rs1 1192.168.1.22
 rs2 192.168.1.55
 vip 192.168.1.66
  • 编辑dir上keepalived配置文件
[root@linux01 ~]# vim /etc/keepalived/keepalived.conf 
vrrp_instance VI_1 {
    #备用服务器上为 BACKUP
    state MASTER
    #绑定vip的网卡为ens33，你的网卡的可能不一样，这里需要你改一下
    interface ens33
    virtual_router_id 51
    #备用服务器上为90
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 000000
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.1.66
    }
}
virtual_server 192.168.1.66 80 {
    #(每隔10秒查询realserver状态)
    delay_loop 10
    #(lvs 算法)
    lb_algo wlc
    #(DR模式)
    lb_kind DR
    #(同一IP的连接60秒内被分配到同一台realserver)
    persistence_timeout 60
    #(用TCP协议检查realserver状态)
    protocol TCP
    real_server 192.168.1.22 80 {
        #(权重)
        weight 100
        TCP_CHECK {
        #(10秒无响应超时)
        connect_timeout 10
        nb_get_retry 3
        delay_before_retry 3
        connect_port 80
        }
    }
    real_server 192.168.1.55 80 {
        weight 100
        TCP_CHECK {
        connect_timeout 10
        nb_get_retry 3
        delay_before_retry 3
        connect_port 80
        }
     }
}
  1. 执行ipvsadm -C 把之前的ipvsadm规则清空掉
  2. systemctl restart network 可以把之前的vip清空掉
  3. 两台rs上，依然要执行/usr/local/sbin/lvs_rs.sh脚本
  4. keepalived有一个比较好的功能，可以在一台rs宕机时，不再把请求转发过去

  5. 测试

    • 扩展
  6. haproxy+keepalived
  7. nginx、lvs、haproxy比较
  8. keepalived中自定义脚本 vrrp_script
  9. lvs dr模式只使用一个公网ip的实现方法
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