负载均衡健康检查M_TCP 负载均衡keepalive

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mob6454cc6553fc 2024-07-21 11:35:07

文章标签 负载均衡健康检查M_TCP 负载均衡数据库服务器 web应用 keepalive 文章分类 运维

一、服务器集群与负载均衡简介

服务器集群就是指将很多服务器集中起来一起进行同一种服务，在客户端看来就像是只有一个服务器。集群可以利用多个计算机进行并行计算从而获得很高的计算速度，也可以用多个计算机做备份，从而使得任何一个机器坏了整个系统还是能正常运行。集群化操作可以减少单点故障数量，并且实现了群集化资源的高可用性。这些集群可以是Web应用服务器集群，也可以是数据库服务器集群，还可以是分布式缓存服务器集群等等。

负载均衡服务器（load-balancing server）是进行负载分配的服务器。通过负载均衡服务器，将服务请求均衡分配到实际执行的服务中，从而保证整个系统的响应速度。在实际应用中，在Web服务器集群之前总会有一台负载均衡服务器，负载均衡设备的任务就是作为Web服务器流量的入口，挑选最合适的一台Web服务器，将客户端的请求转发给它处理，实现客户端到真实服务端的透明转发。

二、Keepalived概要

如果将TCP/IP划分为5层，则Keepalived就是一个类似于3~5层交换机制的软件，具有3~5层交换功能，其主要作用是检测web服务器的状态，如果某台web服务器故障，Keepalived将检测到并将其从系统中剔除，当该web服务器工作正常后Keepalived自动将其加入到服务器群中，这些工作全部自动完成，而不需要人工干预，只需要人工修复故障的web服务器即可。
    主要用作RealServer的健康检查，以及负载均衡设备MASTER和BACKUP之间failover的实现。

2、工作原理
Keepalived基于VRRP协议来实现高可用解决方案，利用其避免单点故障，通常这个解决方案中，至少有2台服务器运行Keepalived，即一台为MASTER，另一台为BACKUP，但对外表现为一个虚拟IP，MASTER会发送特定消息给BACKUP，当BACKUP收不到该消息时，则认为MASTER故障了，BACKUP会接管虚拟IP，继续提供服务，从而保证了高可用性，具体如下图：

负载均衡健康检查M_TCP 负载均衡keepalive_keepalive

3层机理是发送ICMP数据包即PING给某台服务器，如果不同，则认为其故障，并从服务器群中剔除。
4层机理是检测TCP端口号状态来判断某台服务器是否故障，如果故障，则从服务器群中剔除。
5层机理是根据用户的设定检查某个服务器应用程序是否正常运行，如果不正常，则从服务器群中剔除。

三、lvs简介

LVS是Linux Virtual Server的简称，也就是Linux虚拟服务器,　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。
- LVS的特点：
- 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。
- 易用，配置非常简单，且有多种负载均衡的方法。
- 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。

四、LVS的体系结构

传送门->此处只做简介，具体关于LVS详细介绍及配置，请浏览Running_free的blog：http://t.cn/Rp1K2Zt

　　使用LVS架设的服务器集群系统有三个部分组成：

　　（1）最前端的负载均衡层，用Load Balancer表示；

　　（2）中间的服务器集群层，用Server Array表示；

　　（3）最底端的数据共享存储层，用Shared Storage表示；

　　在用户看来，所有的内部应用都是透明的，用户只是在使用一个虚拟服务器提供的高性能服务。

负载均衡健康检查M_TCP 负载均衡keepalive_负载均衡健康检查M_TCP_02

五、LVS负载均衡机制

（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。

负载均衡健康检查M_TCP 负载均衡keepalive_web应用_03

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。

负载均衡健康检查M_TCP 负载均衡keepalive_web应用_04

（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。

六、构建实战：LVS+Keepalived实现负载均衡

6.1 实验结构总览

负载均衡健康检查M_TCP 负载均衡keepalive_web应用_05

（1）本次基于redhat搭建一个四台Linux（redhat6.5）系统所构成的一个服务器集群，其中两台负载均衡服务器（一台为主机，另一台为备机），另外两台作为真实的Web服务器（向外部提供http服务，这里仅仅使用了apache的httpd服务，如有兴趣可尝试其他服务，如nginx）。

　　（2）本次实验基于DR负载均衡模式，设置了一个VIP（Virtual IP）为172.25.20.200，用户只需要访问这个IP地址即可获得网页服务。其中，负载均衡主机为172.25.20.1，备机为172.25.20.2。Web服务器A为172.25.20.3，Web服务器B为172.25.20.4。

6.2 基础准备工作

以下工作针对所有服务器，也就是说要在四台服务器中都要进行配置：

绑定静态IP地址（172.25.20.1～4）
设定主机名（server1～4）
IP地址与主机名的绑定（本地解析）
关闭防火墙（iptables -nL 检验）

6.3 配置两台Web服务器

　　以下操作需要在角色为Web服务器的两台中进行，不需要在负载均衡服务器中进行操作：

[root@server3 ~]# /etc/init.d/httpd status
httpd is stopped
[root@server3 ~]# /etc/init.d/httpd start
Starting httpd: Warning: DocumentRoot [/www] does not exist
httpd: Could not reliably determine the server's fully qualified domain name, using 172.25.20.3 for ServerName
                                                           [  OK  ]

[root@server3 ~]# echo "<h1>from server333333</h1>">/var/www/html/index.html

　　（1）开启http服务，（或者开启nginx服务，传送门：http://t.cn/Rp1WMC0）

/etc/init.d/httpd start
chkconfig httpd on  ##将httpd设为自启动服务

　　（2）自定义网页，并用以区别两台Web服务器，以下图所示为例，其中一台显示from server333333，而另一台显示from server444444；

echo "<h1>from server333333</h1>">/var/www/html/index.html

　　（3）在宿主机访问Web网页测试

负载均衡健康检查M_TCP 负载均衡keepalive_keepalive_06

负载均衡健康检查M_TCP 负载均衡keepalive_web应用_07

　　（4）编辑realserver脚本文件

[root@server3 ~]# vim /etc/init.d/realserver

SNS_VIP=172.25.20.200
/etc/init.d/functions
case "$1" in
start)
       ifconfig lo:0 $SNS_VIP netmask 255.255.255.255 broadcast $SNS_VIP
       /sbin/route add -host $SNS_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
       sysctl -p >/dev/null 2>&1
       echo "RealServer Start OK"
       ;;
stop)
       ifconfig lo:0 down
       route del $SNS_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

[root@server3 ~]# chmod +x /etc/init.d/realserver
[root@server3 ~]# scp /etc/init.d/realserver root@server4:/etc/init.d/

6.4配置主负载服务器

(1）LVS安装

[root@server1 ~]# yum install -y ipvsadm
[root@server1 ~]# chkconfig ipvsadm on
[root@server1 ~]# service ipvsadm start

(2）安装Keepalived相关包

yum install -y keepalived

（3）配置keepalived

[root@server1 ~]#cp /etc/keepalived/keepalived.conf /etc/keepalived/keepalived.conf.bak
[root@server1 ~]# >/etc/keepalived/keepalived.conf
[root@server1 ~]# vim /etc/keepalived/keepalived.conf
`
global_defs {
   notification_email {
         redhat@mail.com
   }
   notification_email_from sns-lvs@gmail.com
   smtp_server 172.25.20.200     ##SMTP邮件服务器
   smtp_connection_timeout 30
   router_id LVS_DEVEL  # 设置lvs的id，在一个网络内应该是唯一的
}
vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER   #指定Keepalived的角色，MASTER为主，BACKUP为备
    interface eth1  #指定Keepalived的角色，MASTER为主，BACKUP为备
    virtual_router_id 51  #虚拟路由编号，主备要一致
    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  #检查间隔，默认为1s
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        172.25.20.200  #定义虚拟IP(VIP)为172.25.20.200，可多设，每行一个
    }
}
# 定义对外提供服务的LVS的VIP以及port
virtual_server 172.25.20.200 80 {
    delay_loop 6 # 设置健康检查时间，单位是秒
    lb_algo wrr # 设置负载调度的算法为wlc
    lb_kind DR # 设置LVS实现负载的机制，有NAT、TUN、DR三个模式
    nat_mask 255.255.255.0
    persistence_timeout 0
    protocol TCP
    real_server 172.25.20.3 80 {  # 指定real server1的IP地址
        weight 3   # 配置节点权值，数字越大权重越高
        TCP_CHECK {
        connect_timeout 10
        nb_get_retry 3
        delay_before_retry 3
        connect_port 80
        }
    }
    real_server 172.25.20.4 {  # 指定real server2的IP地址
        weight 3  # 配置节点权值，数字越大权重越高
        TCP_CHECK {
        connect_timeout 10
        nb_get_retry 3
        delay_before_retry 3
        connect_port 80
        }
     }
}


[root@server1 keepalived]# service keepalived status
keepalived is stopped
[root@server1 keepalived]# service keepalived start
Starting keepalived:                                       [  OK  ]

6.5 配置从负载服务器

LVS安装

[root@server1 ~]# yum install -y ipvsadm
[root@server1 ~]# chkconfig ipvsadm on
[root@server1 ~]# service ipvsadm start

keepalived 从负载服务器与主负载服务器大致相同，只是在keepalived的配置文件中需要改以下两处：

　　（1）将state由MASTER改为BACKUP

　　（2）将priority由100改为99（比MASTER优先级100低）

vrrp_instance VI_1 {  
    state BACKUP # 这里改为BACKUP
    interface eth1  
    virtual_router_id 51  
    priority 99 # 这里改为99，master优先级是100（比MASTER优先级100低）
    advert_int 1  
    authentication {  
        auth_type PASS  
        auth_pass 1111  
    }  
    virtual_ipaddress {  
        172.25.20.200  
    }  
}

6.6 验证性测试

（1）指定请求的均衡转发：因为两个Web服务器的权重都一样，所以会依次转发给两个Web服务器；

负载均衡健康检查M_TCP 负载均衡keepalive_keepalive_08

负载均衡健康检查M_TCP 负载均衡keepalive_数据库服务器_09

负载均衡健康检查M_TCP 负载均衡keepalive_web应用_10

（2）Web服务器发生故障时：

A发生故障后，只从B获取服务；
这里模拟WEB服务器A（172.25.20.3）发生故障，暂停其http服务：service httpd stop

负载均衡健康检查M_TCP 负载均衡keepalive_keepalive_11

再来看看这时从外部访问VIP时，便会只从WEB服务器B（172.25.20.4）获取服务：

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A故障修复后，又可从A获取服务；

负载均衡健康检查M_TCP 负载均衡keepalive_负载均衡健康检查M_TCP_13

负载均衡健康检查M_TCP 负载均衡keepalive_数据库服务器_14

主负载均衡服务器发生故障时，备机立即充当主机角色提供请求转发服务：
这里模拟主负载服务器（172.25.20.1）发生故障，暂停其keepalived服务：service keepalived stop

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负载均衡健康检查M_TCP 负载均衡keepalive_keepalive_16

学习小结

　　LVS是一个可以工作在网络第四层的负载均衡软件，因此它相对于Nginx一类工作在第七层的负载均衡软件有着无可比拟的性能优势，LVS有四种负载均衡方式，本次只是基于其中一种（DR负载均衡模式），并借助Keepalived实现了一个最小化的负载均衡测试环境，在今后的学习中，会接触到更深层次的东西，在学习的道路上也会不断成长，在不断的探索中也能体会到不一样的快乐

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