借助 LVS + Keepalived 实现负载均衡
虽然现在云手段很高明了。但是这个lvs + keepalive 还是需要了解下的。
今天就整理了下lvs和keepalive的东西。做下总结留作以后怀念
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。
最近几年很火的「云计算」以及分布式架构，本质上也是将后端服务器作为计算资源、存储资源，由某台管理服务器封装成一个服务对外提供，客户端不需要关心真正提供服务的是哪台机器，在它看来，就好像它面对的是一台拥有
近乎无限能力的服务器，而本质上，真正提供服务的，是后端的集群。
负载均衡的类型
负载均衡可以采用硬件设备（例如常常听见的F5），也可以采用软件负载。
商用硬件负载设备成本通常较高（一台几十万上百万很正常），所以在条件允许的情况下我们会采用软件负载；
软件负载解决的两个核心问题是：选谁、转发，其中最著名的是LVS（Linux Virtual Server）。
传送门->关于负载均衡的实现方式类型等介绍请浏览我的另一篇博文：《大型网站技术架构》读书笔记之六：永无止境之网站的伸缩性架构
LVS：Linux Virtual Server
1 LVS是神马东西
LVS是Linux Virtual Server的简称，也就是Linux虚拟服务器, 是一个由章文嵩博士发起的自由软件项目，它的官方站点是www.linuxvirtualserver.org。现在LVS已经是 Linux标准内核的一部分，在Linux2.4内核以前，使用LVS时必须要重新编译内核以支持LVS功能模块，但是从Linux2.4内核以后，已经完全内置了LVS的各个功能模块，无需给内核打任何补丁，可以直接使用LVS提供的各种功能。
2 LVS有神马作用
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。它廉价，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。它易用，配置非常简单，且有多种负载均衡的方法。它稳定可靠，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。
LVS自从1998年开始，发展到现在已经是一个比较成熟的技术项目了。可以利用LVS技术实现高可伸缩的、高可用的网络服务，例如WWW服务、Cache服务、DNS服务、FTP服务、MAIL服务、视频/音频点播服务等等，有许多比较著名网站和组织都在使用LVS架设的集群系统，例如：Linux的门户网站（www.linux.com）、向RealPlayer提供音频视频服务而闻名的Real公司（www.real.com）、全球最大的开源网站（sourceforge.net）等。
3 LVS的体系结构
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。
传送门->关于体系结构的详细介绍，请浏览南飞蚂蚁的blog：http://ixdba.blog.51cto.com/2895551/552947
4 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。
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。
（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。
构建实战：LVS+Keepalived实现负载均衡
1 实验结构总览
（1）本次基于VMware Workstation搭建一个四台Linux（CentOS 6.4）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CentOS默认自带的http服务，没有安装其他的类似Tomcat、Jexus服务）。
（2）本次实验基于DR负载均衡模式，设置了一个VIP（Virtual IP）为10.0.0.88，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10.0.0.5，备机为10.0.0.6。Web服务器A为10.0.0.7，Web服务器B为10.0.0.8。
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：
（1）绑定静态IP地址
命令模式下可以执行setup命令进入设置界面配置静态IP地址；x-window界面下可以右击网络图标配置；配置完成后执行service network restart重新启动网络服务；
验证：执行命令ifconfig
（2）设定主机名
①修改当前会话中的主机名，执行命令hostname xxxx (这里xxxx为你想要改为的名字)
②修改配置文件中的主机名，执行命令vi /etc/sysconfig/network (√一般需要进行此步凑才能永久更改主机名)
验证：重启系统reboot
（3）IP地址与主机名的绑定
执行命令vi /etc/hosts,增加一行内容，如下(下面的从节点以你自己的为主，本实验搭建了两个从节点)：
10.0.0.5 lvs-master
10.0.0.6 lvs-slave
#下面是本次试验的两个真实服务器节点
10.0.0.7 lvs-webserver1
10.0.0.8 lvs-webserver2
保存后退出
验证：ping lvs-master
（4）关闭防火墙
①执行关闭防火墙命令：service iptables stop
验证：service iptables stauts
②执行关闭防火墙自动运行命令：chkconfig iptables off
验证：chkconfig --list | grep iptables
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：
（1）开启http服务
命令：service httpd start
补充：chkconfig httpd on -->将httpd设为自启动服务
（2）在宿主机访问Web网页，并通过FTP工具上传自定义网页：我直接编写html文件，以下图所示为例，其中一台显示from 10.0.0.7，而另一台显示from 10.0.0.8；
（3）编辑realserver脚本文件
①进入指定文件夹：cd /etc/init.d/
②编辑脚本文件：vim realserver
# cat /etc/init.d/realserver SNS_VIP=10.0.0.88 . /etc/rc.d/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
这里我们设置虚拟IP为：10.0.0.88
③保存脚本文件后更改该文件权限：chmod 755 realserver
④开启realserver服务：service realserver start
4 配置主负载服务器
（1）安装Keepalived相关包
yum install -y keepalived
在CentOS下，通过yum install命令可以很方便地安装软件包，但是前提是你的虚拟机要联网；
（2）编辑keepalived.conf配置文件
①进入keepalived.conf所在目录：cd /etc/keepalived
②首先清除掉keepalived原有配置：> keepalived.conf
③重新编辑keepalived配置文件：vi keepalived.conf
# cat /etc/keepalived/keepalived.conf global_defs { notification_email { liulei03@nq.com } notification_email_from liulei03@nq.com smtp_server 192.168.80.1 smtp_connection_timeout 30 router_id LVS_DEVEL } vrrp_instance VI_1 { state MASTER interface eth0 virtual_router_id 51 priority 100 advert_int 1 authentication { auth_type PASS auth_pass 1111 } virtual_ipaddress { 10.0.0.88 } } # 定义对外提供服务的LVS的VIP以及port virtual_server 10.0.0.88 80 { delay_loop 6 lb_algo wrr lb_kind DR nat_mask 255.255.255.0 persistence_timeout 0 protocol TCP real_server 10.0.0.8 80 { weight 3 TCP_CHECK { connect_timeout 10 nb_get_retry 3 delay_before_retry 3 connect_port 80 } } real_server 10.0.0.7 80 { weight 3 TCP_CHECK { connect_timeout 10 nb_get_retry 3 delay_before_retry 3 connect_port 80 } } }
（3）开启keepalived服务
service keepalived start
5 配置从负载服务器
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
# cat /etc/keepalived/keepalived.conf global_defs { notification_email { liulei03@nq.com } notification_email_from liulei03@nq.com smtp_server 192.168.80.1 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 BACKUP #指定Keepalived的角色，MASTER为主，BACKUP为备 interface eth0 #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 99 #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 { 10.0.0.88 #定义虚拟IP(VIP)为10.0.0.88，可多设，每行一个 } } # 定义对外提供服务的LVS的VIP以及port virtual_server 10.0.0.88 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 10.0.0.8 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 10.0.0.7 80 { # 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 } } }
（4）重启keepalived 和 realserver
# for i in lb01 lb02 web01 web02;do ssh $i '/etc/init.d/realserver start' ;done # for i in lb01 lb02;do ssh $i '/etc/init.d/keepalived restart' ;done
备注：这个可以自己在管理及上实现
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；
备注：因为这个html的测试页面，如果有windows 直接打开页面的话，可能会有缓存（浏览器缓存）导致显示只有一个apache或者nginx测试页面。
学习小结
LVS是目前广为采用的软件负载均衡解决方案，在一些大型企业级系统及互联网系统中应用。本次，简单地了解了一下LVS，并在Linux下搭建了一个小小的测试环境，借助Keepalived实现了一个最小化的负载均衡测试环境。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，而且它还是我国的章文嵩博士（现在阿里的副总裁，淘宝的技术专家）作为创始人发起的，现已经成为Linux内核的组成部分。
当然，目前流行的LVS解决方案中，在Web服务器端也有采用了Nginx+Tomcat这样的搭配类型，静态文件和动态文件分开进行处理，也不失为一种有效的尝试。在以后的日子里，我还会尝试下在Linux下借助Jexus跑ASP.NET MVC项目，试试.NET项目在Linux下的运行效果，希望到时也可以做一些分享。好了，今天就到此停笔。
参考资料
（1）王晨纯，《Web基础架构：负载均衡和LVS》：http://www.importnew.com/11229.html
（2）win_xp，《LVS简介及使用》：http://www.cnblogs.com/codebean/archive/2011/07/25/2116043.html
（3）jiwang1980，《LVS+Keepalived》：http://7567567.blog.51cto.com/706378/578289
（4）南飞蚂蚁的BLOG，《Linux负载均衡软件LVS之概念篇》：http://ixdba.blog.51cto.com/2895551/552947
（5）AKing王国，《四层和七层负载均衡的区别》：http://kb.cnblogs.com/page/188170/
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