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LVS+Keepalived：實(shí)現(xiàn)高效軟負(fù)載均衡的利器

一、概念

LVS是Linux Virtual Server的簡寫，意即Linux虛擬服務(wù)器，是一個虛擬的服務(wù)器集群系統(tǒng)，它可以通過不同的調(diào)度算法和工作模式，將客戶端的請求轉(zhuǎn)發(fā)給后端的真實(shí)服務(wù)器。

Keepalived是一個基于VRRP協(xié)議來實(shí)現(xiàn)的服務(wù)高可用方案，可以利用其來避免IP單點(diǎn)故障，一般與其他負(fù)載均衡技術(shù)（如LVS、HAProxy、Nginx）一起工作來達(dá)到集群的高可用。

二、環(huán)境準(zhǔn)備

兩臺 CentOS 7 機(jī)器，IP 地址分別為 10.9.2.121和 10.9.2.122。

vip

10.9.2.120

虛擬出來的IP

master

10.9.2.121

master主機(jī)IP

backup

10.9.2.122

backup主機(jī)IP

三、安裝

1、安裝 ipvsadm keepalived

在兩臺機(jī)器上，執(zhí)行以下命令，安裝 ipvsadm keepalived 軟件包：

yum install -y ipvsadm  keepalived

2、配置keepalived

在master機(jī)器上，執(zhí)行以下命令，配置 Keepalived：

vim /etc/keepalived/keepalived.conf

添加以下內(nèi)容：

global_defs {
   router_id 1
}
vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface enp0s3
    virtual_router_id 1
    mcast_src_ip 10.9.2.121
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 123456
    }
    virtual_ipaddress {
        10.9.2.120
    }
}

在 backup機(jī)器上，執(zhí)行以下命令，配置 Keepalived：

vim /etc/keepalived/keepalived.conf

添加以下內(nèi)容：

global_defs {
   router_id 2
}
vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    interface enp0s3
    virtual_router_id 1
    mcast_src_ip 10.9.2.122
    priority 90
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 123456
    }
    virtual_ipaddress {
        10.9.2.120
    }
}

保存并退出。

參數(shù)說明：

global_defs {
router_id 1 # 定義 VRRP 組的 ID，主備服務(wù)器必須相同
}
authentication { # 定義 VRRP 認(rèn)證類型和密碼，主備服務(wù)器必須相同
auth_type PASS
auth_pass 123456
}
vrrp_instance VI_1 {
state MASTER # 指定該節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，主節(jié)點(diǎn)為 MASTER，備節(jié)點(diǎn)為 BACKUP
interface eth0 # 指定VRRP使用的網(wǎng)卡,換成master機(jī)器的網(wǎng)卡名稱
virtual_router_id 1
mcast_src_ip 10.9.2.121 # 指定 VRRP 使用的組播源 IP 地址
priority 100 # 指定 VRRP 優(yōu)先級，優(yōu)先級越高，該節(jié)點(diǎn)成為主節(jié)點(diǎn)的概率越大
advert_int 1 # 指定 VRRP 通告間隔，單位為秒
virtual_ipaddress { # 指定 VRRP 虛擬 IP 地址
10.9.2.120
}
}

3、啟動

在兩臺機(jī)器上，執(zhí)行以下命令，啟動 LVS 和 Keepalived：

systemctl start keepalived
systemctl start ipvsadm

如果systemctl start ipvsadm異常Active: failed (Result: exit-code) since Fri 2023-09-01 14:31:28 CST; 5min agoProcess: 3618 ExecStart=/bin/bash -c exec /sbin/ipvsadm-restore < /etc/sysconfig/ipvsadm (code=exited, status=1/FAILURE)。

systemctl status ipvsadm.service

journalctl -xe

可以看到/bin/bash: /etc/sysconfig/ipvsadm: No such file or directory。

ipvsadm   --save > /etc/sysconfig/ipvsadm
systemctl start ipvsadm
systemctl status ipvsadm.service

4、測試

看看是否能ping通。

ping 10.9.2.120

再在master和backup機(jī)器上都安裝一個nginx或apache httpd。

#master
yum install -y httpd
echo "Master" > /var/www/html/index.html
systemctl start httpd

#backup
yum install -y httpd
echo "Backup" > /var/www/html/index.html
systemctl start httpd

在瀏覽器訪問：http://10.9.2.120。

master優(yōu)先級高，10.9.2.120顯示的是master。

再來模擬一下故障轉(zhuǎn)移測試。

在 10.9.2.121 機(jī)器上，執(zhí)行以下命令，停掉 LVS：

systemctl stop keepalived

如果 LVS 配置正確，Keepalived 會自動將 VIP 切換到 10.9.2.122。

再在瀏覽器訪問：http://10.9.2.120。

注意事項(xiàng)

  • LVS 和 Keepalived 的配置文件中，virtual_ipaddress 配置的 IP 地址必須是同一網(wǎng)段的。
  • LVS 和 Keepalived 的配置文件中，priority 配置的值越高，該節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級越高。
  • Keepalived 的配置文件中，advert_int 配置的值越小，該節(jié)點(diǎn)發(fā)送 VRRP 報文的頻率越高

四、相關(guān)知識點(diǎn)

1、集群負(fù)載均衡網(wǎng)絡(luò)方案

實(shí)現(xiàn)集群負(fù)載均衡網(wǎng)絡(luò)的方案可以分為軟件、硬件、云等方面：

軟件負(fù)載均衡

軟件負(fù)載均衡是指在現(xiàn)有服務(wù)器上安裝負(fù)載均衡軟件來實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，其優(yōu)點(diǎn)是成本低廉、配置簡單、靈活性強(qiáng)，適用于中小型集群。常見的軟件負(fù)載均衡方案包括：

  • DNS輪詢：將所有后端服務(wù)器的IP地址添加到DNS服務(wù)器，并按照輪詢的方式返回給客戶端，客戶端根據(jù)返回的IP地址進(jìn)行訪問。
  • Keepalive+LVS：在Linux操作系統(tǒng)上使用Keepalive機(jī)制和LVS功能來實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。Keepalive機(jī)制用于檢測后端服務(wù)器的狀態(tài)，ipvs功能用于將客戶端請求轉(zhuǎn)發(fā)到后端服務(wù)器。
  • Keepalive+Nginx+Lua：Nginx是一個高性能的Web服務(wù)器，Lua是一個腳本語言。Nginx+Lua負(fù)載均衡方案是將Nginx作為負(fù)載均衡器，使用Lua腳本來實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡策略。

硬件負(fù)載均衡

硬件負(fù)載均衡是指使用專門的負(fù)載均衡設(shè)備來實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，其優(yōu)點(diǎn)是性能高、功能豐富、可靠性強(qiáng)，適用于大型集群。常見的硬件負(fù)載均衡方案包括：

  • F5 Big-IP：F5 Big-IP是F5 Networks公司推出的一款高性能負(fù)載均衡設(shè)備。
  • A10 Thunder：A10 Thunder是A10 Networks公司推出的一款高性能負(fù)載均衡設(shè)備。
  • Juniper SRX：Juniper SRX是Juniper Networks公司推出的一款高性能路由器，具有負(fù)載均衡功能。

云負(fù)載均衡

云負(fù)載均衡是指在云平臺上使用負(fù)載均衡服務(wù)來實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，其優(yōu)點(diǎn)是部署簡單、彈性伸縮、按需付費(fèi)，適用于各種規(guī)模的集群。常見的云負(fù)載均衡方案包括：

  • 阿里云負(fù)載均衡：阿里云負(fù)載均衡提供多種類型的負(fù)載均衡服務(wù)，包括傳統(tǒng)的四層負(fù)載均衡和七層負(fù)載均衡。
  • 騰訊云負(fù)載均衡：騰訊云負(fù)載均衡提供多種類型的負(fù)載均衡服務(wù)，包括傳統(tǒng)的四層負(fù)載均衡和七層負(fù)載均衡。
  • AWS負(fù)載均衡：AWS負(fù)載均衡提供多種類型的負(fù)載均衡服務(wù)，包括傳統(tǒng)的四層負(fù)載均衡和七層負(fù)載均衡。

2、LVS+Keepalived

LVS

LVS（Linux Virtual Server）是 Linux 內(nèi)核中的軟件負(fù)載均衡器，可以將流量分發(fā)到多個服務(wù)器。LVS 可以分為兩種模式：

  • NAT 模式：LVS 將客戶端的請求轉(zhuǎn)換為新的 IP 地址和端口，然后將請求轉(zhuǎn)發(fā)到后端服務(wù)器。
  • DR 模式：LVS 將客戶端的請求直接轉(zhuǎn)發(fā)到后端服務(wù)器。

LVS 是基于四層的負(fù)載均衡器，可以將流量分發(fā)到多個服務(wù)器。LVS 的核心是 LVS 轉(zhuǎn)發(fā)器，LVS 轉(zhuǎn)發(fā)器負(fù)責(zé)將客戶端的請求轉(zhuǎn)發(fā)到后端服務(wù)器。LVS 轉(zhuǎn)發(fā)器可以運(yùn)行在 Linux 內(nèi)核中，也可以運(yùn)行在用戶空間。

LVS 的優(yōu)點(diǎn)

  • 高可用性：LVS 可以實(shí)現(xiàn)主備切換，確保服務(wù)的持續(xù)可用性。
  • 靈活性：LVS 支持多種負(fù)載均衡算法，可以滿足不同場景的需求。
  • 性能：LVS 基于 Linux 內(nèi)核，具有良好的性能。

Keepalived

Keepalived 是一個基于 VRRP 協(xié)議的軟件，用于監(jiān)控 LVS 的健康狀況。VRRP 協(xié)議是一種虛擬路由冗余協(xié)議，用于在多個路由器之間實(shí)現(xiàn)主備切換。

Keepalived 的主要功能是監(jiān)控 LVS 主節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，如果主節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，Keepalived 會自動將 LVS 的 VIP 切換到備節(jié)點(diǎn)。

Keepalived 的優(yōu)點(diǎn)

  • 高可用性：Keepalived 可以實(shí)現(xiàn) LVS 的主備切換，確保服務(wù)的持續(xù)可用性。
  • 靈活性：Keepalived 支持多種 VRRP 配置，可以滿足不同場景的需求。
  • 性能：Keepalived 基于 Linux 內(nèi)核，具有良好的性能。

當(dāng)前標(biāo)題：LVS+Keepalived：實(shí)現(xiàn)高效軟負(fù)載均衡的利器
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