LVS+keepalived
LVS+Keepalived实现高可用负载均衡
一、原理
1、概要介绍
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。
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：
图1 Keepalived原理图
3层机理是发送ICMP数据包即PING给某台服务器，如果不痛，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。
3、实际作用
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。
二、架构
本系列文章以CentOS Linux release 6.0 (Final)为例，介绍用LVS+Keepalived实现高可用负载均衡。具体业务需求是用虚拟IP转发8080、25、21端口请求到后端的真实服务器来处业务逻辑，系统拓扑如下图所示：
图2 系统拓扑图
客户端通过VIP（Virtual IP）（172.28.14.227/228/229）来访问负载均衡服务器，负载均衡服务器通过MASTER/172.28.19.92或BACKUP/172.28.19.93将请求分别转发给真实服务器（Web服务器/172.28.19.100/101/102、邮件服务器/172.28.19.103/104/105、文件服务器/172.28.19.106/107/108）。
负载均衡服务器的MASTER和BACKUP上都必须安装LVS+Keepalived，下面开始安装和配置之旅。
三、LVS安装
Master和Backup都必须安装LVS，安装ipvsadm步骤如下：
（1）依赖包安装
执行如下命令查看依赖包是否安装：
（A）#rpm -qa|grep popt
popt-static-1.13-7.el6.x86_64
popt-devel-1.13-7.el6.x86_64
popt-1.13-7.el6.x86_64
如果没有上述包，则需要依次安装，具体如下：
#yum install popt
#yum install popt-devel
#yum install popt-static
（B）rpm -qa|grep libnl
libnl-1.1-14.el6.x86_64
libnl-devel-1.1-14.el6.x86_64
如果没有上述包，则需要依次安装，具体如下：
#yum install libnl
#yum install libnl-devel
（2）ipvsadm安装
#wget http://www.linuxvirtualserver.org/software/kernel-2.6/ipvsadm-1.26.tar.gz
#tar zxvf ipvsadm-1.26.tar.gz
#ln -s /usr/src/kernels/2.6.32-71.el6.x86_64 /usr/src/linux //注意：每个系统这个路径可能会不一样
#cd ipvsadm-1.26
#make
#make install
OK，LVS就这么安装好了。
四、Keepalived安装
Master和Backup都必须安装Keepalive，安装步骤如下：
#wget http://www.keepalived.org/software/keepalived-1.2.7.tar.gz
#tar zxvf keepalived-1.2.7.tar.gz
#cd keepalived-1.2.7
#./configure
#make
#make install
OK，Keepalived安装好了。
如果#./configure时出现下面错误：
configure: error:
!!! OpenSSL is not properly installed on your system. !!!
!!! Can not include OpenSSL headers files. !!!
则需要安装OpenSSL相关包：
#yum install openssl
#yum install openssl-devel
然后从#./configure步骤开始执行以下后续步骤就行。
五、配置
1、服务脚本
将Keepalived做成服务启动（MASTER和BACKUP都是必须的），具体步骤如下：
（1）拷贝服务启动脚本
#cp ./keepalived/etc/init.d /etc/init.d
（2）拷贝配置文件
#mkdir /etc/keepalived
#cp ./keepalived/etc/keepalived/keepalived.conf /etc/keepalived
（3）拷贝可执行文件
#cp ./bin/keepalived /usr/bin
（4）启动/停止服务
#service keepalived start
#service keepalived stop
2、配置MASTER
备份并打开配置文件修改部分内容，尤其注意红色部分，具体如下：
#cp /etc/keepalived/keepalived.conf /etc/keepalived/keepalived.conf.bak
#vi /etc/keepalived/keepalived.conf
vrrp_instance VI_1 {
state MASTER # 状态实际MASTER
interface eth0 # 监听网卡切换
virtual_router_id 51
priority 100 # 优先级（越大优先级越高）
advert_int 1
authentication {
auth_type PASS
auth_pass 1111
}
virtual_ipaddress { # 虚拟IP地址列表，即VIP
172.28.14.227
172.28.14.228
172.28.14.229
}
}
virtual_server 172.28.14.227 8080 {
delay_loop 6
lb_algo wlc
lb_kind DR # DR模式
persistence_timeout 50
protocol TCP
real_server 172.28.19.100 8080 {
weight 1 # 权重（权重越高处理的请求越多）
TCP_CHECK {
connect_timeout 3
nb_get_retry 3
delay_before_retry 3
connect_port 8080
}
}
real_server 172.28.19.101 8080 {
weight 1 # 权重（权重越高处理的请求越多）
TCP_CHECK {
connect_timeout 3
nb_get_retry 3
delay_before_retry 3
connect_port 8080
}
}
real_server 172.28.19.102 8080 {
weight 1 # 权重（权重越高处理的请求越多）
TCP_CHECK {
connect_timeout 3
nb_get_retry 3
delay_before_retry 3
connect_port 8080
}
}
}
virtual_server 172.28.14.228 25 {
delay_loop 6
lb_algo wlc
lb_kind DR # DR模式
persistence_timeout 50
protocol TCP
real_server 172.28.19.103 25 {
weight 1 # 权重（权重越高处理的请求越多）
TCP_CHECK {
connect_timeout 3
nb_get_retry 3
delay_before_retry 3
connect_port 25
}
}
real_server 172.28.19.104 25 {
weight 1 # 权重（权重越高处理的请求越多）
TCP_CHECK {
connect_timeout 3
nb_get_retry 3
delay_before_retry 3
connect_port 25
}
}
real_server 172.28.19.105 25 {
weight 1 # 权重（权重越高处理的请求越多）
TCP_CHECK {
connect_timeout 3
nb_get_retry 3
delay_before_retry 3
connect_port 25
}
}
}
virtual_server 172.28.14.229 21 {
delay_loop 6
lb_algo wlc
lb_kind DR # DR模式
persistence_timeout 50
protocol TCP
real_server 172.28.19.106 21 {
weight 1 # 权重（权重越高处理的请求越多）
TCP_CHECK {
connect_timeout 3
nb_get_retry 3
delay_before_retry 3
connect_port 21
}
}
real_server 172.28.19.107 21 {
weight 1 # 权重（权重越高处理的请求越多）
TCP_CHECK {
connect_timeout 3
nb_get_retry 3
delay_before_retry 3
connect_port 21
}
}
real_server 172.28.19.108 21 {
weight 1 # 权重（权重越高处理的请求越多）
TCP_CHECK {
connect_timeout 3
nb_get_retry 3
delay_before_retry 3
connect_port 21
}
}
}
3、配置BACKUP
BACKUP配置与MASTER基本一致，除了红色部分外，具体如下：
#cp /etc/keepalived/keepalived.conf /etc/keepalived/keepalived.conf.bak
#vi /etc/keepalived/keepalived.conf
vrrp_instance VI_1 {
state BACKP # 状态实际BACKUP
...
priority 99 # 优先级99（比MASTER优先级100低）
...
}
4、配置Realserver
为Realserver的某块网卡创建启动脚本，脚本内容如下：
#vi realserverd
#!/bin/bash
VIP=172.28.14.227
. /etc/rc.d/init.d/functions
case "$1" in
start)
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
ifconfig lo:0 $VIP broadcast $VIP netmask 255.255.255.255 up
/sbin/route add -host $VIP dev lo:0
sysctl -p > /dev/null 2>&1
echo "realserver start OK"
;;
stop)
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
ifconfig lo:0 down
/sbin/route del $VIP > /dev/null 2>&1
echo "realserver stoped"
;;
*)
echo "Usage:$0 {start|stop}"
exit 1
esac
exit 0
注意脚本中红色部分，每块网卡绑定一个虚拟IP地址，如果绑定多个虚拟IP，则需要为每块网卡创建一个脚本，并且指定lo:X（比如：lo:0，lo:1等），另外，.和/etc/rc.d/funtions之间有空格。
启动keepalived服务，并执行上述脚本，然后用ip a能确认是否有VIP地址。
输入ipvsadm -Ln查看LVS工作状态。
停止MASTER的keepalived服务，BACKUP能接管VIP地址，再次启动MASTER的keepalived服务，MASTER又能再一次接管VIP地址。