【微服务部署】八、HAProxy+Keepalived高可用负载均衡集群配置

  HAProxy是一种免费、快速、可靠的反向代理，为基于TCP和HTTP的应用程序提供高可用性、负载平衡和代理，它非常适合应用在高并发大流量的网站上。这些年来，HAProxy已成为事实上的标准开源负载均衡，目前HAProxy已与大多数主流Linux发行版一起提供，很多云平台也默认集成了HAProxy。
  LVS、Nginx、HAProxy是常用的三款负载均衡，网上有很多三种负载均衡详细的对比文章，下面一句话总结LVS、Nginx、HAProxy的优缺点：

• LVS：工作在OSI七层协议模型的第四层传输层上，简单、稳定、性能最强，但可配置性逊于其他两种，不支持正则处理，不能做动静分离，不支持URL和目录转发。
• HAProxy：工作在OSI七层协议模型的第四层传输层和第七层应用层上，性能强但不如Lvs，但是配置比Lvs灵活，支持URL和目录转发，单不能作为web服务器。
• Nginx：工作在OSI七层协议模型的第七层应用层上，三种负载均衡软件Nginx配置最为简单灵活，但性能最差，可作为web服务器使用。
    综合各方面的优缺点考虑，我们选择使用HAproxy+Keepalived作为负载均衡配置，Nginx作为前端静态页面Web服务器的架构使用。HAProxy的偶数发行版本为稳定且长期支持版本，追求系统极端稳定性的用户可以选择这个版本，目前（2023年08月09日）最新发布版本为 HAProxy 2.8.2 release，我们将在环境上部署并配置这个版本。

一、 HAProxy+Keepalived高可用负载均衡集群安装配置

  通常我们把Keepalived和HAProxy一起使用，来实现Web服务器的高可用性和负载平衡。Keepalived是一个用C编写的路由软件，它使用虚拟路由冗余协议（VRRP）和健康检查机制的组合来确定服务器的状态，并在需要时触发故障转移。VRRP确保只有一个服务器在任何给定时间内 actively 响应请求，而健康检查则监视服务器的健康状态，并在主服务器失败时触发选举过程。

• Keepalived的作用：Keepalived负责管理虚拟IP（VIP）并确保高可用性。它监控服务器的健康状况，如果主服务器（主服务器）出现故障或无响应，Keepalive会触发到备份服务器（从服务器）的故障转移。在故障转移过程中，Keepalived会更新VIP以指向备份服务器，从而无缝地将流量重定向到备份服务器。
• HAProxy的作用：HAProxy是一款功能强大且可靠的负载均衡器，可跨多个服务器分配传入流量。它充当反向代理，接收来自客户端的请求并将其转发到适当的后端服务器。HAProxy的主要功能是平衡服务器之间的负载，确保最佳性能和可用性。

1. 集群服务器规划配置

• VIP（虚拟IP）：192.168.1.200
• 主节点服务器：HAProxy-01，192.168.1.210
• 备节点服务器：HAProxy-02，192.168.1.195

  关闭SELinux，尽管SELinux可以增强生产服务器的安全性，它是为每个软件配置控制权限，使用它的前提是必须详细了解每个需要部署的软件并为它配置。很多国内云服务器默认安装的Linux环境也是禁用SELinux，否则在安装部署时会有很多问题。

# 首先临时关闭SELinux
setenforce 0
# 修改配置文件，永久关闭SELinux
vi /etc/sysconfig/selinux
# 设置
SELINUX=disabled

2. Keepalived安装配置

  VIP（虚拟IP）有两种实现方式：一种是直接配置Linux服务器网络，还有一种是使用Keepalived，我们这里直接使用Keepalived的方式来实现。在实际部署中发现，如果多网卡时，不同的虚拟IP绑定在同一网卡，在虚拟IP切换时会发生无法访问的情况，所以尽量将虚拟IP设置为统一网段绑定在同一网卡。

a. Keepalived软件安装步骤

• 查看 keepalived 软件包

 yum list keepalived

• （二选一）使用 yum 方式安装软件包，因为yum 源的原因，无法安装最新稳定版本，根据自己需要进行选择。

yum install -y keepalived

• （二选一）使用源码包安装，因为yum源的原因，默认安装的版本是1.3.5，而最新版是2.2.8，我们为了使用最新版，所以这里使用编译源码的方式安装。

# 安装编译源码所需依赖
yum -y install gcc openssl-devel libnl3-devel ipset-devel iptables-devel libnfnetlink-devel net-snmp-devel glib2-devel
# 下载源码包
wget https://www.keepalived.org/software/keepalived-2.2.8.tar.gz
# 解压源码包
tar zxvf keepalived-2.2.8.tar.gz
# 编译源码包
cd keepalived-2.2.8
./configure --prefix=/
make && make install
# 从解压的源码包中将开机启动文件复制到/etc/rc.d/init.d/
cp /opt/software/keepalived-2.2.8/keepalived/etc/init.d/keepalived /etc/rc.d/init.d/
# 给keepalived赋权限/etc/init.d/是/etc/rc.d/init.d/的软链接
chmod +x /etc/init.d/keepalived
# 设置开机启动
echo "/etc/init.d/keepalived start" >> /etc/rc.local

b. 安装邮件通知服务

  在生产环境中，高可用服务的状态变化需要及时通知系统管理员，以保障管理员及时处理服务故障，使服务正常运行。Keepalived提供notification_email、smtp_server等邮件发送配置，但是它不支持SMTP身份验证，也不支持SMTP的TLS，它是使用HELO且不使用身份验证的RFC821实现，所以Keepalived没有配置邮件服务器用户名、密码的方法，导致无法使用外部邮箱服务器，所以，这里选择网上大多数方法，编写脚本，当Keepalived状态切换时，调用Linux系统的mailx（mailx是一个命令行邮件客户端）进行邮件发送。

• 查看Linux是否已经安装mailx，如果显示no mailx in…，则表示没有安装，可以通过yum命令安装

[root@localhost /]# which mailx
/usr/bin/which: no mailx in (/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/usr/local/java/bin:/root/bin)

• 安装邮件服务的yum命令

yum install mailx -y

• 在mail.rc文件中配置邮箱发送账号和密码，有些邮箱的密码是单独的授权码，这个根据自己的邮箱来获取。

vi /etc/mail.rc
# 一下内容加在mail.rc文件底部
set [email protected]
set smtp=smtp.163.com
set [email protected]
set smtp-auth-password=密码
set smtp-auth=login
set ssl-verify=ignore

• 通过命令行测试是否能够发送邮件

echo "虚拟IP发生浮动，请及时处理。" | mail -s "Keepalived告警邮件" [email protected]

• 编写邮件发送脚本keepalived_notify.sh

vi /etc/keepalived/keepalived_notify.sh

keepalived_notify.sh内容如下

# 填写一下内容
#!/bin/bash
mailto=收件人邮箱1,收件人邮箱2
notify() {
   mailsubject="【Keepalived状态切换告警邮件】$(hostname) 状态切换为 $1"
   mailbody="$(date +'%F %T'): Keepalived状态发生切换, $(hostname) 状态切换为 $1，请检查服务器运行状态。"
   echo "$mailbody" | mail -s "$mailsubject" $mailto
}
case $1 in
master)
   notify master
   ;;
backup)
   notify backup
   ;;
fault)
   notify fault
   ;;
*)
   echo "Usage: $(basename $0) {master|backup|fault}"
   exit 1
   ;;
esac

keepalived_notify.sh赋可执行权限

chmod +x /etc/keepalived/keepalived_notify.sh
# 测试脚本是否可以发送
bash /etc/keepalived/keepalived_notify.sh master

• 修改系统hostname，否则使用hostname，无法区分是哪台服务器出了问题，修改/etc/hostname文件即可

vi /etc/hostname
#修改hostname，注意格式
localhost.ServerA
#立即生效
hostname $(cat /etc/hostname)

c. Keepalived软件配置

• 配置防火墙firewalld，使VRRP组播通过防火墙：
     1. net.ipv4.ip_forward = 1 开启允许数据包转发
     2. net.ipv4.ip_nonlocal_bind = 1 开启允许绑定非本机的IP
     3. --in-interface后面一定要修改为你自己的网卡

echo "net.ipv4.ip_forward = 1" >> /etc/sysctl.conf
echo "net.ipv4.ip_nonlocal_bind = 1" >> /etc/sysctl.conf 
sysctl -p
# 双网卡，网卡enp6s0f1 
firewall-cmd --direct --permanent --add-rule ipv4 filter INPUT 0 --in-interface enp6s0f1 --destination 224.0.0.18 --protocol vrrp -j ACCEPT
firewall-cmd --direct --permanent --add-rule ipv4 filter OUTPUT 0 --out-interface enp6s0f1 --destination 224.0.0.18 --protocol vrrp -j ACCEPT
# 双网卡，网卡enp6s0f0
firewall-cmd --direct --permanent --add-rule ipv4 filter INPUT 0 --in-interface enp6s0f0 --destination 224.0.0.18 --protocol vrrp -j ACCEPT
firewall-cmd --direct --permanent --add-rule ipv4 filter OUTPUT 0 --out-interface enp6s0f0 --destination 224.0.0.18 --protocol vrrp -j ACCEPT

firewall-cmd --reload

• 配置Keepalived的虚拟IP（VIP），多网卡配置，虚拟一个内网VIP，一个外网VIP
  主节点服务器192.168.1.210的keepalived.conf配置

! Configuration File for keepalived

global_defs {
   router_id NODE_MASTER #名称唯一
   vrrp_skip_check_adv_addr # 默认是不跳过检查。检查收到的VRRP通告中的所有地址可能会比较耗时，设置此命令的意思是，如果通告与接收的上一个通告来自相同的master路由器，则不执行检查(跳过检查)。
    #vrrp_strict # 严格遵守VRRP协议
   #vrrp_garp_interval 0 #在一个接口发送的两个免费ARP之间的延迟。可以精确到毫秒级。默认是0.
   #vrrp_gna_interval 0 #在一个网卡上每组na消息之间的延迟时间，默认为0
   script_user root
   enable_script_security
   max_auto_priority 1
}

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER # 设置初始状态均主
    interface enp6s0f1 enp6s0f0 # 设置绑定虚拟IP的网卡，多个网卡可以在后面添加
    virtual_router_id 51 # 集群的virtual_router_id值,主备一致
    priority 100 # 路由权重
    advert_int 1 #检查间隔，默认1秒
    notify_master "/etc/keepalived/keepalived_notify.sh master"
    notify_backup "/etc/keepalived/keepalived_notify.sh backup"
    notify_fault "/etc/keepalived/keepalived_notify.sh fault"
    authentication {
        auth_type PASS #认证方式
        auth_pass 11111111 #认证密码（密码只识别前8位）
    }
    virtual_ipaddress {
        内网虚拟ip dev enp6s0f1  # 内网虚拟ip，后面可以加网卡名称绑定不同网卡
        公网虚拟ip dev enp6s0f0  # 公网虚拟ip，后面可以加网卡名称绑定不同网卡
    }
}

备节点服务器192.168.1.195的keepalived.conf配置

! Configuration File for keepalived

global_defs {
   router_id NODE_SLAVE #名称唯一
   vrrp_skip_check_adv_addr # 默认是不跳过检查。检查收到的VRRP通告中的所有地址可能会比较耗时，设置此命令的意思是，如果通告与接收的上一个通告来自相同的master路由器，则不执行检查(跳过检查)。
   vrrp_strict # 严格遵守VRRP协议
   #vrrp_garp_interval 0 #在一个接口发送的两个免费ARP之间的延迟。可以精确到毫秒级。默认是0.
   #vrrp_gna_interval 0 #在一个网卡上每组na消息之间的延迟时间，默认为0
   script_user root
   enable_script_security
   max_auto_priority 1
}

vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP # 设置初始状态均备
    interface enp6s0f1 # 设置绑定虚拟IP的网卡
    virtual_router_id 51 # 集群的virtual_router_id值,主备一致
    priority 100 # 路由权重
    advert_int 1 #检查间隔，默认1秒
    notify_master "/etc/keepalived/keepalived_notify.sh master"
    notify_backup "/etc/keepalived/keepalived_notify.sh backup"
    notify_fault "/etc/keepalived/keepalived_notify.sh fault"
    authentication {
        auth_type PASS #认证方式
        auth_pass 11111111 #认证密码（密码只识别前8位）
    }
    virtual_ipaddress {
        内网虚拟ip/24 # 内网虚拟ip
        公网虚拟ip/24 # 公网虚拟ip
    }
}

• 分别在主备节点启动keepalived

systemctl start keepalived
# 查看启动状态
/etc/init.d/keepalived status

• 设置keepalived开机启动

systemctl enable keepalived.service

• 在主节点通过ip addr命令验证，查看虚拟IP192.168.1.200在主节点

[root@localhost ~]# ip addr | grep 192.168.1.200
    inet 192.168.1.200/24 scope global secondary enp6s0f1

• 在备节点通过ip addr命令验证，查看虚拟IP192.168.1.200不在备节点

[root@localhost ~]# ip addr | grep 192.168.1.200
[root@localhost ~]# 

  通过以上验证，说明Keepalived虚拟IP配置成功，如果主备同时存在虚拟IP，那么说明没有配置成功，请检查防火墙firewall是否配置正确。同时，为了验证虚拟IP是否会自动漂移，可以使用systemctl stop keepalived 停止主节点的Keepalived，此时虚拟IP漂移到备节点。

3. HAProxy安装配置

  HAProxy也有两种安装方式，yum和源码包。同样，因为yum源的原因，yum方式安装的不是最新稳定版本，所以我们这里选择采用编译源码包的方式安装。

a. HAProxy软件安装步骤

• HAProxy编译安装需要用到Lua，所以首先安装Lua。记住Lua的src路径/opt/software/lua-5.4.6/src，后续HAProxy编译需要用到。

cd /opt/software/
curl -R -O http://www.lua.org/ftp/lua-5.4.6.tar.gz
tar zxf lua-5.4.6.tar.gz
cd lua-5.4.6
make all test

• 安装HAProxy编译时必须的其他软件，因为gcc和openssl-devel在前面安装过，所以，这里我们只需要安装pcre-devel和systemd-devel。

yum install -y pcre-devel systemd-devel

• 下载并编译HAProxy

cd /opt/software/
curl -R -O https://www.haproxy.org/download/2.8/src/haproxy-2.8.2.tar.gz
tar zxf haproxy-2.8.2.tar.gz
cd haproxy-2.8.2

make ARCH=x86_64 TARGET=linux-glibc USE_OPENSSL=1 USE_ZLIB=1 USE_PCRE=1 USE_SYSTEMD=1 USE_LUA=1 LUA_INC=/opt/software/lua-5.4.6/src/ LUA_LIB=/opt/software/lua-5.4.6/src/

make install PREFIX=/usr/local/haproxy

ln -s /usr/local/haproxy/sbin/haproxy /usr/sbin/

• 安装成功后，查看HAProxy版本

[root@localhost haproxy-2.8.2]# haproxy -v
HAProxy version 2.8.2-61a0f57 2023/08/09 - https://haproxy.org/
Status: long-term supported branch - will stop receiving fixes around Q2 2028.
Known bugs: http://www.haproxy.org/bugs/bugs-2.8.2.html
Running on: Linux 3.10.0-957.el7.x86_64 #1 SMP Thu Nov 8 23:39:32 UTC 2018 x86_64

• 新建HAProxy服务文件haproxy.service，让其可以使用systemd系统和服务管理器管理。

mkdir /var/run/haproxy
vi /usr/lib/systemd/system/haproxy.service

[Unit]
Description=HAProxy Load Balancer
After=syslog.target network.target

[Service]
ExecStartPre=/usr/sbin/haproxy -f /etc/haproxy/haproxy.cfg  -c -q
ExecStart=/usr/sbin/haproxy -Ws -f /etc/haproxy/haproxy.cfg -p /var/run/haproxy/haproxy.pid
ExecReload=/bin/kill -USR2 $MAINPID

[Install]
WantedBy=multi-user.target

b. HAProxy软件配置

• 创建HAProxy配置文件

mkdir /etc/haproxy

vi /etc/haproxy/haproxy.cfg

• haproxy.cfg配置文件内容，nginx配置请查看前面章节，有详细介绍如何安装配置

global
    log         127.0.0.1 local6 info    #info日志，有用的信息
    log         127.0.0.1 local5 notice    #notice日志，普通但重要的事件
    pidfile     /var/run/haproxy/haproxy.pid    #pid文件
    maxconn     20000   #最大连接数
    user        haproxy    #用户 或者 uid
    group       haproxy    #组 或者 gid
    daemon               #后台运行
    nbproc       12      #工作进程数量
defaults    #默认参数
    mode     http    #模式 http or tcp
    log      global
    retries  3     #重试次数
    option   redispatch     #服务不可用后，重定向到其他健康服务器
    option   dontlognull  #不记录健康检查的日志信息
    maxconn  20000     #最大连接数
    timeout client 60s # 客户端超时时间
    timeout server 60s # 服务端超时时间
    timeout connect 1s # haproxy与服务端超时时间
listen admin_stats  # frontend and backend 监控
    bind   *:8118
    stats  uri   /haproxy?stats   #查看服务器状态路径  
    stats  auth  admin:123456  #用户认证，密码一定要改复杂,可以设置多个
    stats  hide-version       #隐藏统计页面上的HAproxy版本信息 
    stats  refresh  5s    # 统计刷新频率
frontend web  #listen 接收客户不同请求，并根据acl策略做不同的请求转发至backend处理
    mode      http
    bind      *:80     #端口
    bind      *:443 ssl crt /etc/ssl/certs/***.gitegg.com.pem  #端口
    option    httplog  #http格式日志
    option    forwardfor # 转发客户端真实地址
    option    httpclose #请求完即关闭
    default_backend nginx_servers    #默认服务器组
    acl nginx_acl hdr_dom(host) -i **n.gitegg.com   #定义ACL，根据域名判断
    redirect scheme https code 301 if !{ ssl_fc } nginx_acl #nginx_acl http强制跳转ssl
    use_backend nginx_servers if nginx_acl  #调用ACL
backend nginx_servers  #backend 定义Nginx服务器集群
    balance roundrobin  #基于权重的负载均衡的方式
    option  httpchk GET /test.html   #心跳检测
    server nginx1 192.168.1.210:8000 maxconn 10000 cookie server1 weight 1 check inter 1s rise 2 fall 2
    server nginx2 192.168.1.195:8000 maxconn 10000 cookie server2 weight 1 check inter 1s rise 2 fall 2
backend nginx_servers_ssl  #backend 定义Nginx服务器集群 SSL
    balance roundrobin  #基于权重的负载均衡的方式
    option  httpchk GET /test.html   #心跳检测
    server nginx1s 192.168.1.210:4443 ssl verify none check check-ssl maxconn 10000 cookie server1 weight 1 check inter 1s rise 2 fall 2
    server nginx2s 192.168.1.195:4443 ssl verify none check check-ssl maxconn 10000 cookie server2 weight 1 check inter 1s rise 2 fall 2

• 配置HAProxy日志，HAProxy的日志记录始终依赖于syslog服务器，因为它不执行任何文件系统访问。使用它的标准方式是通过UDP发送日志到日志服务器，通常将其配置为127.0.0.1。HAProxy日志的八个级别：
  emerg alert crit err warning notice info debug。

vi /etc/rsyslog.conf

• 在文件中找到一下位置放开注释

# Provides UDP syslog reception
$ModLoad imudp
$UDPServerRun 514

• 在#### RULES ####下面新增

local6.info /usr/local/haproxy/logs/info.log
local5.notice /usr/local/haproxy/logs/notice.log

• 选一个磁盘空间大的目录保存日志，重启rsyslog

mkdir /usr/local/haproxy/logs
chmod 777 /usr/local/haproxy/logs
systemctl restart rsyslog

c. 启动并验证HAProxy

• 启动haproxy

systemctl start haproxy
#查看启动状态，如果Active: active (running)，表示启动成功
systemctl status haproxy.service

• 设置haproxy开机启动

systemctl enable haproxy.service

三、配置Keepalived实现HAproxy高可用

  Keepalived默认监测自身状态是否正常，如果不正常则切换主备，虚拟IP漂移到服务状态正常的服务器上。我们需要保持HAproxy高可用，也就是主HAproxy服务挂掉后，Keepalived也需要切换主备，将虚拟IP切换到HAproxy服务状态正常的服务器上。Keepalived通过调用自定义健康检查脚本实现以上功能。

a、自定义HAproxy健康检查脚本

• 创建脚本存放目录

mkdir /etc/keepalived/scripts

• 新建haproxy_check.sh文件

vi /etc/keepalived/scripts/haproxy_check.sh

• haproxy_check.sh内容如下：

#!/bin/bash
HA=`ps -C haproxy --no-header | wc -l`
if [ $HA -eq 0 ];then
    systemctl start haproxy
    sleep 3
    if [ `ps -C haproxy --no-header | wc -l` -eq 0 ];then
        systemctl stop keepalived
        exit 1
    fi
fi
exit 0

• 赋予haproxy_check.sh执行权限

chmod +x /etc/keepalived/scripts/haproxy_check.sh

b、修改Keepalived配置文件，加入HAProxy监测脚本

• vrrp_strict # 严格遵守VRRP协议，如果防火墙开启，此模式下，如果keepalived切换VIP会无法访问，可以注释掉试一下。

! Configuration File for keepalived

global_defs {
   router_id NODE_MASTER #名称唯一
   vrrp_skip_check_adv_addr # 默认是不跳过检查。检查收到的VRRP通告中的所有地址可能会比较耗时，设置此命令的意思是，如果通告与接收的上一个通告来自相同的master路由器，则不执行检查(跳过检查)。
   #vrrp_strict # 严格遵守VRRP协议
   #vrrp_garp_interval 0 #在一个接口发送的两个免费ARP之间的延迟。可以精确到毫秒级。默认是0.
   #vrrp_gna_interval 0 #在一个网卡上每组na消息之间的延迟时间，默认为0
   script_user root
   enable_script_security
   max_auto_priority 1
}

# 添加HAProxy监测脚本
vrrp_script check_haproxy {
   script "/etc/keepalived/haproxy_check.sh"
   interval 2 #检查间隔2s
   weight 2 #权重
   fall 1 # 2次失败代表服务不可用
   rise 1 # 1次正确代表服务可用
}

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER # 设置初始状态均主
    interface enp6s0f1 enp6s0f0 # 设置绑定虚拟IP的网卡
    virtual_router_id 51 # 集群的virtual_router_id值,主备一致
    priority 100 # 路由权重
    advert_int 1 #检查间隔，默认1秒
    notify_master "/etc/keepalived/keepalived_notify.sh master"
    notify_backup "/etc/keepalived/keepalived_notify.sh backup"
    notify_fault "/etc/keepalived/keepalived_notify.sh fault"
    authentication {
        auth_type PASS #认证方式
        auth_pass 11111111 #认证密码（密码只识别前8位）
    }
    virtual_ipaddress {
        内网虚拟ip dev enp6s0f1 # 内网虚拟ip
        公网虚拟ip dev enp6s0f0 # 公网虚拟ip
    }
    track_script { 
        check_haproxy
    }
}

• 重启keepalived服务

 systemctl restart keepalived

  通过以上配置之后，可以使用命令停止HAProxy，查看HAProxy服务是否能够重启，根据我们的监测脚本，即使手动停止，HAProxy仍然能够启动，Keepalived并不会发生状态转移。可以修改HAProxy的配置文件使服务无法启动，然后测试Keepalived状态转移情况。

四、HAProxy使用配置总结

• 关于SSL证书是放在Nginx处理还是HAProxy处理，网上有相关压测结果，HAProxy的性能不如Nginx，所以我们使用SSL-Pass-Through透传的方式，将SSL证书放在Nginx处理。
• 可以测试HAProxy使用SSL证书访问Java后台服务。
• HAProxy使用的pem文件，是pem和key的合并文件，即把key的内容复制到pem中。

cd /etc/ssl/certs
cat ***.gitegg.com.pem ***.gitegg.com.key | tee ***.gitegg.com.pem

• 如果开启了防火墙，需要使用防火墙开放端口命令，开发对应的端口。

firewall-cmd --zone=public --add-port=80/tcp --permanent
firewall-cmd --zone=public --add-port=443/tcp --permanent
firewall-cmd --zone=public --add-port=8118/tcp --permanent
firewall-cmd --zone=public --add-port=8000/tcp --permanent
firewall-cmd --reload
# 查看当前系统打开的所有端口
firewall-cmd --zone=public --list-ports

• 通过http://ip:port/haproxy?stats访问，查看HAProxy统计状态。