Linux 笔记 - 第十八章 Linux 集群之（三）Keepalived+LVS 高可用负载均衡集群

一、前言

前两节分别介绍了 Linux 的高可用集群和负载均衡集群，也可以将这两者相结合，即 Keepalived+LVS 组成的高可用负载均衡集群，Keepalived 加入到 LVS 中的原因有以下几点：

1）LVS 拥有一个很关键的角色 Dir（分发器），如果分发器宕机，所有的服务和访问都将会中断。因为入口全部都在 Dir 上，所以需要对分发器做高可用，使用 Keepalived 来实现高可用，Keepalived 其实也具有负载均衡的作用。

2）在使用 LVS 时，如果没有其他额外的操作，把其中一个 Real Server 关机，再去访问是会出现问题的，因为 LVS 依然会把请求转发给已经宕机的服务器，Keepalived 的出现 就可以解决这个问题，即使有一台 Real Server 宕机了，它也能正常提供服务，当请求分发过来时它能够自动检测到后端的 Real Server 宕机，就不会再把请求继续转发到有问题的 Real Server 上。

一个完整的 Keepalived+LVS 架构至少需要有两台调度器（角色为 Dir），分别安装 Keepalived 来实现高可用。Keepalived 内置了 ipvsadm 功能，所以不需要再安装 ipvsadm 包，也不用编写和执行 lvs_dir.sh 脚本。

二、创建 Keepalived+LVS 高可用负载均衡集群

以下使用 Keepalived+LVS 来实现高可用负载均衡集群。

2.1 准备集群节点

准备4台服务器，其中两台作为主备分发器（也叫作调度器，简称 Dir），均安装 Keepalived 服务，另外两台是 Real Server，均安装 nginx 服务，用作处理用户请求的服务器。

主机名 masternode：主调度器，网卡 IP 是 192.168.93.140 是内网（VMWare 网络地址转换 NAT）。

主机名 backupnode：备用调度器，网卡 IP 是 192.168.93.139 是内网（VMWare 网络地址转换 NAT）。

主机名 datanode1：Real Server 1，IP 为 192.168.93.141。

主机名 datanode2：Real Server 2，IP 为 192.168.93.142。

VIP：192.168.93.200

为4台服务器分别设置好 IP 地址和主机名，并关闭防火墙。

2.2 设置 master 主服务器的 Keepalived

编辑配置文件 /etc/keepalived/keepalived.conf，设置为如下内容：

[root@masternode keepalived]# vim /etc/keepalived/keepalived.conf
! Configuration File for master node keepalived

global_defs {
    notification_email {
        [e-mail]
    }
    notification_email_from [e-mail]
    smtp_server 127.0.0.1
    smtp_connect_timeout
    router_id LVS_DEVEL
}

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    #绑定VIP的网卡为ens33
    interface ens33
    virtual_router_id
    #设置主服务器优先级为100
    priority
    advert_int
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass moonxy
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.93.200
    }
}

virtual_server 192.168.93.200  {
    #每隔10秒钟检查一次Real Server状态
    delay_loop
    #LVS 负载均衡算法
    lb_algo rr
    #LVS DR 模式
    lb_kind DR
    #同一个IP的连接多少秒内被分配到同一台Real Server上，此处设置为0
    persistence_timeout
    #用TCP协议检查Real Server状态
    protocol TCP

    real_server 192.168.93.141  {
        #权重
        weight
        TCP_CHECK {
            #10秒无响应超时
            connect_timeout
            nb_get_retry
            delay_before_retry
            connect_port
        }
    }
    real_server 192.168.93.142  {
        #权重
        weight
        TCP_CHECK {
            #10秒无响应超时
            connect_timeout
            nb_get_retry
            delay_before_retry
            connect_port
        }
    }
}

主服务器好的配置文件和备份服务器的配置文件的设置基本相同，将 state 设置为 BACKUP，将 priority 设置为 90

2.3 设置 backup 备份服务器的 Keepalived

编辑配置文件 /etc/keepalived/keepalived.conf，设置为如下内容：

[root@backupnode keepalived]# vim /etc/keepalived/keepalived.conf
! Configuration File for master node keepalived

global_defs {
    notification_email {
        [e-mail]
    }
    notification_email_from [e-mail]
    smtp_server 127.0.0.1
    smtp_connect_timeout
    router_id LVS_DEVEL
}

vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    #绑定VIP的网卡为ens33
    interface ens33
    virtual_router_id
    #设置备用服务器优先级为90
    priority
    advert_int
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass moonxy
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.93.200
    }
}

virtual_server 192.168.93.200  {
    #每隔10秒钟检查一次Real Server状态
    delay_loop
    #LVS 负载均衡算法
    lb_algo rr
    #LVS DR 模式
    lb_kind DR
    #同一个IP的连接多少秒内被分配到同一台Real Server上，此处设置为0
    persistence_timeout
    #用TCP协议检查Real Server状态
    protocol TCP

    real_server 192.168.93.141  {
        #权重
        weight
        TCP_CHECK {
            #10秒无响应超时
            connect_timeout
            nb_get_retry
            delay_before_retry
            connect_port
        }
    }
    real_server 192.168.93.142  {
        #权重
        weight
        TCP_CHECK {
            #10秒无响应超时
            connect_timeout
            nb_get_retry
            delay_before_retry
            connect_port
        }
    }
}

如果在之前执行过 LVS 的脚本，需要提前执行一些操作：

# ipvsadm -C

# systemctl restart network

或者可重启调度服务器。

2.4 启动相关服务

在 masternode 和 backupnode 上面分别启动 keepalived 服务，如下：

masternode：

[root@masternode log]# systemctl start keepalived
[root@masternode log]# ps aux |grep keepalived
root         0.0  0.1    ?        Ss   :   : /usr/sbin/keepalived -D
root         0.0  0.3    ?        S    :   : /usr/sbin/keepalived -D
root         0.0  0.2    ?        S    :   : /usr/sbin/keepalived -D
root         0.0  0.0     pts/    R+   :   : grep --color=auto keepalived
[root@masternode log]# ip addr
: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu  qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen
    link/loopback ::::: brd :::::
    inet 127.0.0.1/ scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 ::/ scope host
       valid_lft forever preferred_lft forever
: ens33: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu  qdisc pfifo_fast state UP group default qlen
    link/ether :0c::3b:: brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.93.140/ brd 192.168.93.255 scope global noprefixroute ens33
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet 192.168.93.200/ scope global ens33
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::1bb9:5b87:893c:e112/ scope link noprefixroute
       valid_lft forever preferred_lft forever
: ens37: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu  qdisc pfifo_fast state UP group default qlen
    link/ether :0c::3b:: brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.150.140/ brd 192.168.150.255 scope global noprefixroute ens37
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::20c:29ff:fe3b:/ scope link
       valid_lft forever preferred_lft forever
[root@masternode log]# ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2. (size=)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  192.168.93.200: rr
  -> 192.168.93.141:            Route
  -> 192.168.93.142:            Route                 

backupnode：

[root@backupnode keepalived]# systemctl start keepalived
[root@backupnode keepalived]#  ps aux |grep keepalived
root         0.0  0.1    ?        Ss   :   : /usr/sbin/keepalived -D
root         0.0  0.3    ?        S    :   : /usr/sbin/keepalived -D
root         0.0  0.2    ?        S    :   : /usr/sbin/keepalived -D
root         0.0  0.0     pts/    S+   :   : grep --color=auto keepalived
[root@backupnode keepalived]# ip addr
: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu  qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen
    link/loopback ::::: brd :::::
    inet 127.0.0.1/ scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 ::/ scope host
       valid_lft forever preferred_lft forever
: ens33: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu  qdisc pfifo_fast state UP group default qlen
    link/ether :0c::::9b brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.93.139/ brd 192.168.93.255 scope global noprefixroute ens33
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80:::62bc:4a07:d345/ scope link tentative noprefixroute dadfailed
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::1bb9:5b87:893c:e112/ scope link tentative noprefixroute dadfailed
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::8cac:8f3b:14b2:47ae/ scope link noprefixroute
       valid_lft forever preferred_lft forever
: ens37: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu  qdisc pfifo_fast state UP group default qlen
    link/ether :0c::::a5 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.150.139/ brd 192.168.150.255 scope global noprefixroute ens37
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::20c:29ff:fe88:29a5/ scope link
       valid_lft forever preferred_lft forever
[root@backupnode keepalived]# ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2. (size=)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  192.168.93.200: rr
  -> 192.168.93.141:            Route
  -> 192.168.93.142:            Route                 

可以看到此时 VIP：192.168.93.200 绑定在了 masternode 的网卡 ens33 上。

由于在 Keepalived 的配置文件中定义的 LVS 模式为 DR，所以还需要在两台 RS 上分别执行 lvs_rs.sh 脚本，这与上一节的脚本相同，如下：

[root@datanode1 sbin]# service nginx start
Redirecting to /bin/systemctl start nginx.service
[root@datanode1 sbin]# sh /usr/local/sbin/lvs_rs.sh
......
[root@datanode2 sbin]# service nginx start
Redirecting to /bin/systemctl start nginx.service
[root@datanode2 sbin]# sh /usr/local/sbin/lvs_rs.sh

相关服务启动完毕之后，可执行测试。

2.5 测试高可用负载均衡集群

在宿主机上请求 VIP 地址：192.168.93.200，如下：

可以看到实现了负载均衡的效果。

1）测试关闭两台调度器中的 maternode 主调度器

再来看看分发器的高可用，关闭 masternode 主分发器，如下：

可以看到 masternode 已经解除了 VIP 地址的绑定，backupnode 自动绑定了这个 VIP，如下：

再次请求 VIP 地址，如下正常显示：

2）测试关闭 Real Server 中的 datanode2 的 nginx 服务

现在我们再关闭 RS 中的 datanode2 的 nginx，如下：

访问 VIP 地址，看到了 Keepalived 已经自动将所有请求都转发到了 datanode1 上面了，如下：

ipvsadm 转发规则会自动将 "删除" datanode2，如下：

3）测试再次启动 Real Server 中的 datanode2 的 nginx

如果再次启动 datanode2 上面的 nginx 服务，此时 ipvsadm 又会自动添加其转发规则，如下：

访问 VIP，如下：

可以发现 Keepalived 功能确实很强大。