lvs+keepalived高可用

2023-11-28 16:53:34

1. keepalived简介

1.1 keepalived是什么？

Keepalived 软件起初是专为LVS负载均衡软件设计的，用来管理并监控LVS集群系统中各个服务节点的状态，后来又加入了可以实现高可用的VRRP功能。因此，Keepalived除了能够管理LVS软件外，还可以作为其他服务（例如：Nginx、Haproxy、MySQL等）的高可用解决方案软件。

Keepalived软件主要是通过VRRP协议实现高可用功能的。VRRP是Virtual Router RedundancyProtocol(虚拟路由器冗余协议）的缩写，VRRP出现的目的就是为了解决静态路由单点故障问题的，它能够保证当个别节点宕机时，整个网络可以不间断地运行。

所以，Keepalived 一方面具有配置管理LVS的功能，同时还具有对LVS下面节点进行健康检查的功能，另一方面也可实现系统网络服务的高可用功能。

keepalived官网

1.2 keepalived的重要功能

keepalived 有三个重要的功能，分别是：

管理LVS负载均衡软件
实现LVS集群节点的健康检查
作为系统网络服务的高可用性（failover）

1.3 keepalived高可用故障转移的原理

Keepalived 高可用服务之间的故障切换转移，是通过 VRRP (Virtual Router Redundancy Protocol ,虚拟路由器冗余协议）来实现的。

在 Keepalived 服务正常工作时，主 Master 节点会不断地向备节点发送（多播的方式）心跳消息，用以告诉备 Backup 节点自己还活看，当主 Master 节点发生故障时，就无法发送心跳消息，备节点也就因此无法继续检测到来自主 Master 节点的心跳了，于是调用自身的接管程序，接管主 Master 节点的 IP 资源及服务。而当主 Master 节点恢复时，备 Backup 节点又会释放主节点故障时自身接管的IP资源及服务，恢复到原来的备用角色。

那么，什么是VRRP呢？
VRRP ,全称 Virtual Router Redundancy Protocol ,中文名为虚拟路由冗余协议，VRRP的出现就是为了解决静态踣甶的单点故障问题，VRRP是通过一种竞选机制来将路由的任务交给某台VRRP路由器的。

1.4 keepalived原理

1.4.1 keepalived高可用架构图

1.4.2 keepalived工作原理描述

Keepalived高可用对之间是通过VRRP通信的，因此，我们从 VRRP开始了解起：
1) VRRP,全称 Virtual Router Redundancy Protocol,中文名为虚拟路由冗余协议，VRRP的出现是为了解决静态路由的单点故障。
2) VRRP是通过一种竟选协议机制来将路由任务交给某台 VRRP路由器的。
3) VRRP用 IP多播的方式（默认多播地址（224.0_0.18))实现高可用对之间通信。
4) 工作时主节点发包，备节点接包，当备节点接收不到主节点发的数据包的时候，就启动接管程序接管主节点的开源。备节点可以有多个，通过优先级竞选，但一般 Keepalived系统运维工作中都是一对。
5) VRRP使用了加密协议加密数据，但Keepalived官方目前还是推荐用明文的方式配置认证类型和密码。

介绍完 VRRP,接下来我再介绍一下 Keepalived服务的工作原理：

Keepalived高可用是通过 VRRP 进行通信的， VRRP是通过竞选机制来确定主备的，主的优先级高于备，因此，工作时主会优先获得所有的资源，备节点处于等待状态，当主挂了的时候，备节点就会接管主节点的资源，然后顶替主节点对外提供服务。

在 Keepalived 服务之间，只有作为主的服务器会一直发送 VRRP 广播包,告诉备它还活着，此时备不会枪占主，当主不可用时，即备监听不到主发送的广播包时，就会启动相关服务接管资源，保证业务的连续性.接管速度最快可以小于1秒。

2. keepalived配置文件讲解

2.1 keepalived默认配置文件

keepalived 的主配置文件是 /etc/keepalived/keepalived.conf。其内容如下：

[root@master ~]# cat /etc/keepalived/keepalived.conf
! Configuration File for keepalived

global_defs {       //全局配置
   notification_email {     //定义报警收件人邮件地址
     acassen@firewall.loc
     failover@firewall.loc
     sysadmin@firewall.loc
   }
   notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc    //定义报警发件人邮箱
   smtp_server 192.168.200.1    //邮箱服务器地址
   smtp_connect_timeout 30      //定义邮箱超时时间
   router_id LVS_DEVEL          //定义路由标识信息，同局域网内唯一
   vrrp_skip_check_adv_addr
   vrrp_strict
   vrrp_garp_interval 0
   vrrp_gna_interval 0
}

vrrp_instance VI_1 {        //定义实例
    state MASTER            //指定keepalived节点的初始状态，可选值为MASTER|BACKUP
    interface eth0          //VRRP实例绑定的网卡接口，用户发送VRRP包
    virtual_router_id 51    //虚拟路由的ID，同一集群要一致
    priority 100            //定义优先级，按优先级来决定主备角色，优先级越大越优先
    nopreempt               //设置不抢占
    advert_int 1            //主备通讯时间间隔
    authentication {        //配置认证
        auth_type PASS      //认证方式，此处为密码
        auth_pass 1111      //同一集群中的keepalived配置里的此处必须一致，推荐使用8位随机数
    }
    virtual_ipaddress {     //配置要使用的VIP地址
        192.168.200.16
    }
}

virtual_server 192.168.200.16 1358 {    //配置虚拟服务器
    delay_loop 6        //健康检查的时间间隔
    lb_algo rr          //lvs调度算法
    lb_kind NAT         //lvs模式
    persistence_timeout 50      //持久化超时时间，单位是秒
    protocol TCP        //4层协议

    sorry_server 192.168.200.200 1358   //定义备用服务器，当所有RS都故障时用sorry_server来响应客户端

    real_server 192.168.200.2 1358 {    //定义真实处理请求的服务器
        weight 1    //给服务器指定权重，默认为1
        HTTP_GET {
            url {
              path /testurl/test.jsp    //指定要检查的URL路径
              digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d   //摘要信息
            }
            url {
              path /testurl2/test.jsp
              digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d
            }
            url {
              path /testurl3/test.jsp
              digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d
            }
            connect_timeout 3       //连接超时时间
            nb_get_retry 3          //get尝试次数
            delay_before_retry 3    //在尝试之前延迟多长时间
        }
    }

    real_server 192.168.200.3 1358 {
        weight 1
        HTTP_GET {
            url {
              path /testurl/test.jsp
              digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334c
            }
            url {
              path /testurl2/test.jsp
              digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334c
            }
            connect_timeout 3
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }
}

2.2 定制主配置文件

vrrp_instance段配置

nopreempt   //设置为不抢占。默认是抢占的，当高优先级的机器恢复后，会抢占低优先 \
级的机器成为MASTER，而不抢占，则允许低优先级的机器继续成为MASTER，即使高优先级 \
的机器已经上线。如果要使用这个功能，则初始化状态必须为BACKUP。

preempt_delay   //设置抢占延迟。单位是秒，范围是0---1000，默认是0.发现低优先 \
级的MASTER后多少秒开始抢占。

vrrp_script段配置

//作用：添加一个周期性执行的脚本。脚本的退出状态码会被调用它的所有的VRRP Instance记录。
//注意：至少有一个VRRP实例调用它并且优先级不能为0.优先级范围是1-254.
vrrp_script <SCRIPT_NAME> {
          ...
    }

//选项说明：
script "/path/to/somewhere"      //指定要执行的脚本的路径。
interval <INTEGER>              //指定脚本执行的间隔。单位是秒。默认为1s。
timeout <INTEGER>               //指定在多少秒后，脚本被认为执行失败。
weight <-254 --- 254>           //调整优先级。默认为2.
rise <INTEGER>                  //执行成功多少次才认为是成功。
fall <INTEGER>                  //执行失败多少次才认为失败。
user <USERNAME> [GROUPNAME]     //运行脚本的用户和组。
init_fail                       //假设脚本初始状态是失败状态。

//weight说明： 
1. 如果脚本执行成功(退出状态码为0)，weight大于0，则priority增加。
2. 如果脚本执行失败(退出状态码为非0)，weight小于0，则priority减少。
3. 其他情况下，priority不变。

real_server段配置

weight <INT>            //给服务器指定权重。默认是1
inhibit_on_failure      //当服务器健康检查失败时，将其weight设置为0， \
                        //而不是从Virtual Server中移除
notify_up <STRING>      //当服务器健康检查成功时，执行的脚本
notify_down <STRING>    //当服务器健康检查失败时，执行的脚本
uthreshold <INT>        //到这台服务器的最大连接数
lthreshold <INT>        //到这台服务器的最小连接数

tcp_check段配置

connect_ip <IP ADDRESS>     //连接的IP地址。默认是real server的ip地址
connect_port <PORT>         //连接的端口。默认是real server的端口
bindto <IP ADDRESS>         //发起连接的接口的地址。
bind_port <PORT>            //发起连接的源端口。
connect_timeout <INT>       //连接超时时间。默认是5s。
fwmark <INTEGER>            //使用fwmark对所有出去的检查数据包进行标记。
warmup <INT>    //指定一个随机延迟，最大为N秒。可防止网络阻塞。如果为0，则关闭该功能。
retry <INIT>                //重试次数。默认是1次。
delay_before_retry <INT>    //默认是1秒。在重试之前延迟多少秒。

配置lvs

调度器1 lvs1	DIP：192.168.59.133 vip：192.168.59.135
调度器2 lvs2	DIP:192.168.59.131 vip:192.168.59.135
服务器1 a1	192.168.59.147
服务器2 a2	192.168.59.147

关闭防火墙和selinux

systemctl disable --now firewalld
setenforce 0

调度器部署

#安装ipvsadm
[root@lvs1 ~]# yum -y install ipvsadm
[root@lvs2 ~]# yum -y install ipvsadm

#添加虚拟ip
[root@lvs1 network-scripts]# cat /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens192 
TYPE=Ethernet
BOOTPROTO=static
DEFROUTE=yes
NAME=ens192
DEVICE=ens192
ONBOOT=yes
IPADDR0=192.168.59.133
NETMASK0=255.255.255.0
IPADDR1=192.168.59.135
NETMASK1=255.255.255.0
GATEWAY=192.168.59.2
DNS1=114.114.114.114

[root@lvs2 network-scripts]# cat /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens224
TYPE=Ethernet
BOOTPROTO=static
DEFROUTE=yes
NAME=ens224
DEVICE=ens224
ONBOOT=yes
IPADDR0=192.168.59.131
NETMASK0=255.255.255.0
IPADDR1=192.168.59.135
NETMASK1=255.255.255.0
GATEWAY=192.168.59.2
DNS1=114.114.114.114


#重启网卡
[root@lvs1 network-scripts]# ifdown ens192;ifup ens192
[root@lvs1 network-scripts]# ipvsadm -A -t 192.168.59.135:80 -s rr
[root@lvs1 network-scripts]# ipvsadm -a -t 192.168.59.135:80 -r 192.168.59.147:80 -g
[root@lvs1 network-scripts]# ipvsadm -a -t 192.168.59.135:80 -r 192.168.59.148:80 -g
[root@lvs1 network-scripts]# ipvsadm -Sn > /etc/sysconfig/ip


[root@lvs2 network-scripts]# ifdown ens224;ifup ens224
[root@lvs2 network-scripts]# ipvsadm -A -t 192.168.59.135:80 -s rr
[root@lvs2 network-scripts]# ipvsadm -a -t 192.168.59.135:80 -r 192.168.59.147:80 -g
[root@lvs2 network-scripts]# ipvsadm -a -t 192.168.59.135:80 -r 192.168.59.148:80 -g
[root@lvs2 network-scripts]# ipvsadm -Sn > /etc/sysconfig/ipvsadm

服务器

#安装httpd
[root@a1 ~]# yum -y install httpd net-tools
[root@a2 ~]# yum -y install httpd net-tools

#编写arp
cat >> /etc/sysctl.conf <<EOF
net.ipv4.conf.all.arp_ignore=1
net.ipv4.conf.all.arp_announce=2
EOF

sysctl -p

[root@a1 network-scripts]# cat ifcfg-ens224 
TYPE=Ethernet
BOOTPROTO=static
NAME=ens224
DEVICE=ens224
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.59.147
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=192.168.59.2
DNS1=114.114.114.114

[root@a2 network-scripts]# cat ifcfg-ens192 
TYPE=Ethernet
BOOTPROTO=static
NAME=ens192
DEVICE=ens192
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.59.148
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=192.168.59.2
DNS1=114.114.114.114

[root@a1 ~]# ifconfig lo:0 192.168.59.135/32 broadcast 192.168.59.135 up
[root@a1 ~]# route add -host 192.168.59.135 dev lo:0

[root@a2 ~]# ifconfig lo:0 192.168.59.135/32 broadcast 192.168.59.135 up
[root@a2 ~]# route add -host 192.168.59.135 dev lo:0

[root@a1 ~]# echo "a1" > /var/www/html/index.html
[root@a2 ~]# echo "a2" > /var/www/html/index.html

keepalived部署环境

主机名	ip	主从
lvs1	192.168.59.133	master
lvs2	192.168.59.131	slave

安装keepalived

[root@lvs1 network-scripts]# yum -y install keepalived
[root@lvs2 network-scripts]# yum -y install keepalived

配置keepalived

master

#lvs1
#编写脚本

[root@lsv1 ~]# mkdir /scripts
[root@lsv1 ~]# cat /scripts/notify.sh 
#!/bin/bash
case "$1" in
  master)
            ipvsadm -R < /etc/sysconfig/ipvsadm
  ;;
  backup)
            ipvsadm -C
  ;;
  *)
        echo "Usage:$0 master|backup"
  ;;
esac
[root@lvs1 ~]# chmod +x /scripts/notify.sh



[root@localhost ~]# cat /etc/keepalived/keepalived.conf
! Configuration File for keepalived
global_defs {
   router_id lb01
}

vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    interface ens192
    virtual_router_id 51
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 4564949a
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.59.135
    }
    notify_master "/scripts/notify.sh master"
    notify_backup "/scripts/notify.sh backup"
}

virtual_server 192.168.59.135 80 {
    delay_loop 6
    lb_algo rr
    lb_kind DR
    persistence_timeout 50
    protocol TCP

    real_server 192.168.59.133 80 {
        weight 1
        TCP_CHECK {
            connect_port 80
            connect_timeout 3
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }

    real_server 192.168.59.131 80 {
        weight 1
        TCP_CHECK {
            connect_port 80
            connect_timeout 3
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }
}

slave

#lvs2

[root@lsv2 ~]# mkdir /scripts
[root@lsv2 ~]# cat /scripts/notify.sh 
#!/bin/bash
case "$1" in
  master)
            ipvsadm -R < /etc/sysconfig/ipvsadm
  ;;
  backup)
            ipvsadm -C
  ;;
  *)
        echo "Usage:$0 master|backup"
  ;;
esac
[root@lvs2 ~]# chmod +x /scripts/notify.sh



[root@lvs2 scripts]# cat /etc/keepalived/keepalived.conf
! Configuration File for keepalived

global_defs {
   router_id lb02
}

vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    interface ens224
    virtual_router_id 51
    priority 90
    nopreempt
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 4564949a
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.59.135
    }
    notify_master "/scripts/notify.sh master"
    notify_backup "/scripts/notify.sh backup"
}

virtual_server 192.168.59.135 80 {
    delay_loop 6
    lb_algo rr
    lb_kind DR
    persistence_timeout 50
    protocol TCP

    real_server 192.168.59.133 80 {
        weight 1
        TCP_CHECK {
            connect_port 80
            connect_timeout 3
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }

    real_server 192.168.59.131 80 {
        weight 1
        TCP_CHECK {
            connect_port 80
            connect_timeout 3
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }
}

启动服务

systemctl enable --now keepalived

测试验证结果

[root@lvs1 ~]# ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 ::1/128 scope host 
       valid_lft forever preferred_lft forever
2: ens192: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc fq_codel state UP group default qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:80:fc:e9 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.59.133/24 brd 192.168.59.255 scope global noprefixroute ens192
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet 192.168.59.135/32 scope global ens192
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::20c:29ff:fe80:fce9/64 scope link 
       valid_lft forever preferred_lft forever

测试宕机

[root@lvs1 ~]# poweroff

[root@lvs2 scripts]# ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
inet 127.0.0.1/8 scope host lo
valid_lft forever preferred_lft forever
inet6 ::1/128 scope host
valid_lft forever preferred_lft forever
2: ens224: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc fq_codel state UP group default qlen 1000
link/ether 00:0c:29:7a:9e:6b brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
inet 192.168.59.131/24 brd 192.168.59.255 scope global noprefixroute ens224
valid_lft forever preferred_lft forever
inet 192.168.59.135/32 scope global ens224
valid_lft forever preferred_lft forever
inet6 fe80::20c:29ff:fe7a:9e6b/64 scope link
valid_lft forever preferred_lft forever

[root@a2 network-scripts]# curl 192.168.59.135
a2
[root@a1 network-scripts]# curl 192.168.59.135
a1

码农公寓