Keepalived + LVS(DR) 高可用负载均衡集群

时间：2022-02-13 22:52:39

1、方案说明

目标是搭建企业级的高可用负载均衡集群服务。采用Keepalived + LVS + Tomcat + Memcache Session Manager + Memcached解决方案。其中：

  • LVS：Linux Virtual Server是 Linux 虚拟服务器，可以把多台服务器虚拟为一个虚拟 IP ，同时实现各种负载均衡算法
  • Keepalived： Keepalived 是基于 LVS ，并与 LVS 高度融合的，监控 LVS 下所有真实服务器健康状态，并通过健康健康状态动态调整 LVS 的复杂均衡转发权重和规则。同时 keepalived 具备热备功能。
  • Tomcat：提供后端的WEB服务
  • Memcache Session Manager： 负责同步和复制Tomcat服务会话，同时实现其本身高可用
  • Memcached：存放后端WEB服务的Session

 

2、环境准备

4台虚拟机，每台512内存（小本太慢，内存不多啊）

  • 操作系统：Redhat Linux AS 5 (2.6.18-8.el5) 32位
  • LVS：ipvsadm-1.24.tar.gz
  • Keepalived： keepalived-1.1.17
  • Tomcat：tomcat-6.0.35
  • Memcache Session Manager 1.6.0
  • memcached: memcached-1.4.5.tar.gz
IP规划
名称 IP 说明
VIP 10.10.10.10/32 虚拟IP，外部请求IP
调度主 10.10.10.11/24 Keepalived+LVS主
调度备 10.10.10.12/24 Keepalived+LVS备
后端服务1 10.10.10.13/24 后端真实服务器1（这里是WEB）
后端服务2 10.10.10.14/24 后端真实服务器2（这里是WEB）

 

3、Keepalived + LVS 服务端安装配置

keepalived+LVS方案中，两台调度服务需要安排和配置Keepalived+LVS，并配置主备关系，实现负载均衡和高可用

目标服务器：调度主和调度备，两台的安装配置基本完全相同，只是keepalive.conf的部分配置需要修改。

 

3.1、系统组件依赖

# yum install gcc

# yum install kernel-devel

# yum install openssl-devel

 

3.2、LVS 安装配置

 

命令操作代码  Keepalived + LVS(DR) 高可用负载均衡集群
  1. # cd /tools  
  2. # wget http://www.linuxvirtualserver.org/software/kernel-2.6/ipvsadm-1.24.tar.gz  
  3. # ln -sv /usr/src/kernels/2.6.18-8.el5-i686/ /usr/src/linux  
  4. # tar -zxvf ipvsadm-1.24.tar.gz  
  5. # cd ipvsadm-1.24  
  6. # make;make install  
 

 

以上操作完成后，LVS已经完整完成，安装后的可执行文件ipvsadm在/sbin/下。LVS安装完成后无需独立配置，后续统一由Keepalived进行托管配置和管理。

 

3.3、Keepalived 安装配置

 

命令操作代码  Keepalived + LVS(DR) 高可用负载均衡集群
  1. # cd /tools  
  2. # wget http://www.keepalived.org/software/keepalived-1.1.17.tar.gz  
  3. # tar -zxvf keepalived-1.1.17.tar.gz  
  4. # cd keepalived-1.1.17  
  5. // 注意：因为前面设置了ln -sv /usr/src/kernels/2.6.18-8.el5-i686/ /usr/src/linux的软连接，所以这里没有使用 --with-kernel-dir参数，否则：./configure --with-kernel-dir=/usr/src/kernels/2.6.18-8.el5-i686, 确保Keepalived与内核结合。  
  6. # ./configure  
  7. ……  
  8. Keepalived configuration  
  9. ------------------------  
  10. Keepalived version       : 1.2.2  
  11. Compiler                 : gcc  
  12. Compiler flags           : -g -O2  
  13. Extra Lib                : -lpopt -lssl -lcrypto   
  14. Use IPVS Framework       : Yes  
  15. IPVS sync daemon support : Yes  
  16. IPVS use libnl           : No  
  17. Use VRRP Framework       : Yes  
  18. Use Debug flags          : No  
  19. # make  
  20. # make install  
  21. // 拷贝keepalived的服务脚本到系统自启动目录（启动操作系统自启动）  
  22. # cp /usr/local/etc/rc.d/init.d/keepalived /etc/rc.d/init.d/  
  23. // 拷贝keepalived的启动参数到系统参数配置目录（实际就是：-D）  
  24. # cp /usr/local/etc/sysconfig/keepalived /etc/sysconfig/  
  25. // 拷贝keepalived程序文件到系统程序目录  
  26. # cp /usr/local/sbin/keepalived /usr/sbin/  
  27. // 创建keepalived配置文件目录  
  28. # mkdir /etc/keepalived  
  29.   
  30. // 配置keepalived服务及启动  
  31. # chkconfig --add keepalived  
  32. # chkconfig --level 2345 keepalived on  
创建和编辑keepalived配置文件：/etc/keepalived/keepalived.conf，配置和定义虚拟服务器(完整文件请参见附件) /etc/keepalived/keepalived.conf代码  Keepalived + LVS(DR) 高可用负载均衡集群
  1. global_defs {  
  2.     router_id   KEEPALIVED_LVS  
  3. }  
  4.   
  5. vrrp_sync_group KEEPALIVED_LVS {  
  6.     group {  
  7.         KEEPALIVED_LVS_WEB  
  8.     }  
  9. }  
  10.    
  11. vrrp_instance KEEPALIVED_LVS_WEB {  
  12.         state MASTER                        //注意：如果Keepalived的备机，这里是SLAVE  
  13.         interface eth0  
  14.         lvs_sync_daemon_interface eth0  
  15.         garp_master_delay 5  
  16.         virtual_router_id 100  
  17.         priority 150                        //注意：这里是主备的权重，备一般权重低于主  
  18.         advert_int 1  
  19.         authentication {  
  20.                 auth_type PASS  
  21.                 auth_pass 111111  
  22.         }  
  23.         virtual_ipaddress {  
  24.                 10.10.10.10  
  25.         }  
  26. }  
  27.    
  28. virtual_server 10.10.10.10 80 {  
  29.         delay_loop 3  
  30.         lb_algo wrr                  //定义负载均衡算法，这里是权重轮训  
  31.         lb_kind DR                   //定义模式，这里是Direct route  
  32.         persistence_timeout 0        //会话保存时长(秒)，0表示不使用stickyness会话    
  33.         protocol TCP  
  34.         // 后端服务器定义  
  35.         real_server 10.10.10.13 80 {  
  36.            weight 1                   //权重  
  37.            //HttpGET 方式验证真实服务有效性  
  38.            HTTP_GET {                   
  39.            url {  
  40.                      //验证后端服务是否正常的访问地址  
  41.                      path /checkRealServerHealth.28055dab3fc0a85271dddbeb0464bfdb  
  42.                      //访问地址内容的 MD5 摘，通过对比摘要验证后端服务器是否可用  
  43.                      digest 26f11e326fc7c597355f213e5677ae75  
  44.                }  
  45.                connect_timeout 3     //连接超时时间  
  46.                nb_get_retry 3        //重试次数  
  47.                delay_before_retry 3  //每次重试前等待延迟时间  
  48.            }  
  49.         }  
  50.       
  51.         real_server 10.10.10.14 80 {  
  52.            weight 1  
  53.            HTTP_GET {  
  54.            url {  
  55.                      path /checkRealServerHealth.28055dab3fc0a85271dddbeb0464bfdb  
  56.                      digest 26f11e326fc7c597355f213e5677ae75  
  57.                }  
  58.                connect_timeout 3  
  59.                nb_get_retry 3  
  60.                delay_before_retry 3  
  61.            }  
  62.         }  
  63. }  
 
注意：调度备机的配置与调度主完全相同，区别在于keepalived.conf配置文件中：state MASTER/SLAVE; priority 150/100

 

4、后端服务器安装配置

4.1、LVS 客户端安装配置

 LVS-DR模式中，后端真实服务器（RealServer）无需安装相关软件，只需要对VIP进行绑定和路由设置等一系列操作，这里整理为一个脚本：lvs_realserver.sh，详细解释如下，完整文件请参见附件。

Lvs_realserver.sh代码  Keepalived + LVS(DR) 高可用负载均衡集群
  1. #!/bin/bash  
  2. # description: Config realserver  
  3. LVS_VIP=10.10.10.10  
  4. /etc/rc.d/init.d/functions  
  5. case "$1" in  
  6. start)  
  7.        /sbin/ifconfig lo:0 $LVS_VIP netmask 255.255.255.255 broadcast $LVS_VIP  
  8.        /sbin/route add -host $LVS_VIP dev lo:0  
  9.        echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore  
  10.        echo "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce  
  11.        echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore  
  12.        echo "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce  
  13.        sysctl -p >/dev/null 2>&1  
  14.        echo "RealServer Start OK"  
  15.        ;;  
  16. stop)  
  17.        /sbin/ifconfig lo:0 down  
  18.        /sbin/route del $LVS_VIP >/dev/null 2>&1  
  19.        echo "0" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore  
  20.        echo "0" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce  
  21.        echo "0" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore  
  22.        echo "0" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce  
  23.        echo "RealServer Stoped"  
  24.        ;;  
  25. *)  
  26.        echo "Usage: $0 {start|stop}"  
  27.        exit 1  
  28. esac  
  29. exit 0  

 从附件下载该脚本，拷贝到后端真实服务器中，运行：./lvs_realserver.sh start|stop

 

4.2、MSM-Tomcat安装和配置

后端服务器采用Memcache Session manager + tomcat方式实现集群中会话的同步和复制。

详细配置请参考：APACHE(proxy_ajp_stickysession) + TOMCAT(msm_sticky)实现HA


5、验证

5.1、启动和关闭

调度服务启动：service keepalived start

调度服务关闭：service keepalived stop

后端真实服务启动：

# ./lvs_realserver.sh start

然后在启动tomcat

 

5.2、调度服务中常用操作

调度服务中查看VIP

[root@hadoop11 ~]# ip a

1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 16436 qdisc noqueue 

    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00

    inet 127.0.0.1/8 scope host lo

    inet6 ::1/128 scope host 

       valid_lft forever preferred_lft forever

2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast qlen 1000

    link/ether 00:0c:29:9b:12:07 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

    inet 10.10.10.11/24 brd 10.10.10.255 scope global eth0

    inet 10.10.10.10/32 scope global eth0

    inet6 fe80::20c:29ff:fe9b:1207/64 scope link 

       valid_lft forever preferred_lft forever

3: sit0: <NOARP> mtu 1480 qdisc noop 

    link/sit 0.0.0.0 brd 0.0.0.0

 

调度服务中查看转发情况

[root@hadoop11 ~]# ipvsadm -ln --stats

IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)

Prot LocalAddress:Port               Conns   InPkts  OutPkts  InBytes OutBytes

  -> RemoteAddress:Port

TCP  10.10.10.10:80                      0        0        0        0        0

  -> 10.10.10.14:80                      0        0        0        0        0

  -> 10.10.10.13:80                      0        0        0        0        0

 

检查 keepalived 进程

[root@hadoop00 keepalived]# ps aux|grep keepalived

root      6635  0.0  0.1   4352   596 ?        Ss   20:30   0:00 keepalived -D

root      6636  0.0  0.2   4396  1332 ?        S    20:30   0:00 keepalived -D

root      6638  0.0  0.1   4396   936 ?        S    20:30   0:00 keepalived -D

应该有 3 个进程，其中一个是主服务进程，另外两个分别是 checker 子进程和 vrrp 子进程

[root@hadoop00 keepalived]# pstree |grep keepalived

     |-keepalived---2*[keepalived]

查看 LVS 内核模块

[root@hadoop11 ~]# lsmod|grep ip_vs

ip_vs_wrr               6977  1 

ip_vs_wlc               6081  0 

ip_vs                  77569  6 ip_vs_wrr,ip_vs_wlc

查看系统日志

因为我在启动 keepalived 是使用了选项 –D , 这将详细的打印日志消息

tail -f /var/log/messages

5.3、效果测试

 测试负载均衡转发分别启动主/备调度和所有后端真实服务，然后在网络内其他机器中打开浏览器访问VIP。使用Firefox打开：http://10.10.10.10 ,如下：

Keepalived + LVS(DR) 高可用负载均衡集群
 使用Ctrl+F5强制刷新后，可以看到本次服务是另外一台后端服务。

 

测试Session会话

 使用界面上的Setting Session表单提交一个Session值，然后重新页面，通过LVS分别转发到不同的后端服务器后，查看Show All Session中会话是否同步和复制。

 

测试后端服务高可用

1、关闭一台后端服务（10.10.10.14），然后通过浏览器反复刷新，查看是否前端一直可用。

2、通过调度上LVS的统计命令查看：

 

[root@hadoop11 ~]# ipvsadm -ln --stats

IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)

Prot LocalAddress:Port               Conns   InPkts  OutPkts  InBytes OutBytes

  -> RemoteAddress:Port

TCP  10.10.10.10:80                     15       95        0    11365        0

  -> 10.10.10.13:80                      7       42        0     4676        0

 

从命令显示情况，可以看出目前服务的后端服务器只有10.10.10.13。重新请求10.10.10.14后从新查看

[root@hadoop11 ~]# ipvsadm -ln --stats

IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)

Prot LocalAddress:Port               Conns   InPkts  OutPkts  InBytes OutBytes

  -> RemoteAddress:Port

TCP  10.10.10.10:80                     15       95        0    11365        0

  -> 10.10.10.14:80                      0        0        0        0        0

  -> 10.10.10.13:80                      7       42        0     4676        0

从命令返回可以看出后端服务恢复成两台。

 

测试调度服务器本身的高可用

1、关闭主调度服务(10.10.10.11)的keepalived服务

// 主调度服务器上操作

[root@hadoop11 ~]# service keepalived stop

Stopping keepalived:                                       [  OK  ]

[root@hadoop11 ~]# ip a

1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 16436 qdisc noqueue 

    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00

    inet 127.0.0.1/8 scope host lo

    inet6 ::1/128 scope host 

       valid_lft forever preferred_lft forever

2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast qlen 1000

    link/ether 00:0c:29:9b:12:07 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

    inet 10.10.10.11/24 brd 10.10.10.255 scope global eth0

    inet6 fe80::20c:29ff:fe9b:1207/64 scope link 

       valid_lft forever preferred_lft forever

3: sit0: <NOARP> mtu 1480 qdisc noop 

    link/sit 0.0.0.0 brd 0.0.0.0

 

// 备调度服务器上操作

[root@hadoop12 ~]# ip a

1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 16436 qdisc noqueue 

    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00

    inet 127.0.0.1/8 scope host lo

    inet6 ::1/128 scope host 

       valid_lft forever preferred_lft forever

2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast qlen 1000

    link/ether 00:0c:29:e7:21:09 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

    inet 10.10.10.12/24 brd 10.10.10.255 scope global eth0

    inet 10.10.10.10/32 scope global eth0

    inet6 fe80::20c:29ff:fee7:2109/64 scope link 

       valid_lft forever preferred_lft forever

3: sit0: <NOARP> mtu 1480 qdisc noop 

    link/sit 0.0.0.0 brd 0.0.0.0

 

通过上面的命令可以看出keepalived服务shutdown后，VIP已经浮动到备调度，备调度的keepalived+LVS接管了集群的调度服务。

当然，这个时候可以使用前端浏览器访问VIP测试集群是否可用。

5、常见问题及注意事项

1、LVS+DR模式中，只支持IP的转发，不支持端口转发，也就是说在keepalived.conf的virtual_server和real_server的配置节点中端口必须一样。
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