【集群】LVS+Keepalived群集

た入场券 2024-04-06 14:44 98阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  前言
 *  一、Keepalived的概念
 *   *  1. Keepalived 概述
     *  2. Keepalived 作用
     *  3. Keepalived 实现原理剖析
     *   *  3.1 Keepalived 工作原理
         *  3.1 VRRP协议（虚拟路由冗余协议）
     *  4. Keepalived 主要模块及其作用
     *   *  4.1 健康检查方式（学名：探针）
     *  5. 脑裂的形成和解决（重要）
     *   *  5.1 什么是脑裂
         *  5.2 脑裂的形成
         *  5.3 预防脑裂的发生
 *  二、LVS+Keepalived 高可用集群部署
 *   *  1. 环境部署
     *  2. LVS 部署
     *   *  2.1 配置负载调度器（主、备相同）
         *  2.2 配置节点服务器
         *  2.3 测试验证
 *  三、常见问题
 *   *  1. Keepalived 通过什么判断哪台主机为主服务器，通过什么方式配置浮动IP？
     *  2. keepalived 的抢占与非抢占模式
 *  四、Nginx+keepalived高可用集群部署
 *   *  1. 环境部署
     *  2. Nginx 部署
     *   *  2.1 配置负载调度器（主、备相同）
         *  2.2 配置Nginx四层负载均衡
     *  3. 测试验证
 *  五、总结
 *   *  1. 一个合格的集群应该具有的特性
     *  2. 脑裂相关问题

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## 前言 ##

在这个高度信息化的 IT 时代，企业的生产系统、业务运营、销售和支持，以及日常管理等环节越来越依赖于计算机信息和服务，对高可用(HA)技术的应用需求不断提高，以便提供持续的、不间断的计算机系统或网络服务。

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## 一、Keepalived的概念 ##

### 1. Keepalived 概述 ###

Keeplived是一款专为LVS和HA设计的健康检查工具。主要支持故障自动切换(Failover)和支持节点健康状态检查(Health Checking)。官方网站: [http://www.keepalived.org/][http_www.keepalived.org]。

### 2. Keepalived 作用 ###

判断LVS负载调度器、节点服务器的可用性，当master主机出现故障及时切换到backup节点保证业务正常，当master故障主机恢复后将其重新加入群集并且业务重新切换回master节点。

### 3. Keepalived 实现原理剖析 ###

#### 3.1 Keepalived 工作原理 ####

Keepalived是一个基于VRRP热备份协议来实现服务高可用方案，可用解决静态路由器的单点故障问题。

在一个LVS服条集群中通常有主服条器（MASTER）和备份服务器（BACKUP）两种角色的服务器，但是对外表现为一个虚拟IP（VIP），主服务器会发送VRRP通告信息给备份服务器，当备份服务器收不到VRRP消息的时候，即主服务器异常的时候，备份服务器就会接管虚拟IP，继续提供服务，从而保证了高可用性。

![在这里插入图片描述][629cd6a3e9f549d88b3c0818e5d1ca21.png_pic_center]

#### 3.1 VRRP协议（虚拟路由冗余协议） ####

VRRP是一种容错协议，它通过把几台路由设备联合组成一台虚拟的路由设备，并通过一定的机制来保证当主机的下一跳设备出现故障时，可以及时将业务切换到其它设备，从而保持通讯的连续性和可靠性。

VRRP将局域网内的一组路由器划分在一起，称为一个备份组。备份组由一个Master路由器和多个Backup路由器组成，功能上相当于一台虚拟路由器。局域网内的主机只需要知道这个虚拟路由器的IP地址，并不需知道具体某台设备的IP地址，将网络内主机的缺省网关设置为该虚拟路由器的IP地址，主机就可以利用该虚拟网关与外部网络进行通信。

VRRP将该虚拟路由器动态关联到承担传输业务的物理路由器上，当该物理路由器出现故障时，再次选择新路由器来接替业务传输工作，整个过程对用户完全透明，实现了内部网络和外部网络不间断通信。

### 4. Keepalived 主要模块及其作用 ###

keepalived体系架构中主要有三个模块，分别是core、check和vrrp。

*  core模块：为keepalived的核心，负责主进程的启动、维护及全局配置文件的加载和解析。
 *  vrrp模块：是来实现VRRP协议的。（调度器之间的健康检查和主备切换）
 *  check模块：负责健康检查，常见的方式有端口检查及URL检查。（节点服务器的健康检查）

#### 4.1 健康检查方式（学名：探针） ####

发送心跳信息。例如ping/pong命令等等。

TCP端口检查。例如向一台主机的`IP:PROT`发送TCP三次握手连接。

`HTTP URL`检查。例如向一台主机的`http://IP+PROT/...URL路径`发送`HTTP GET{}`请求方法，主机响应返回2xx或者3xx为正常，若响应返回4xx或者5xx则认为健康检查异常。

### 5. 脑裂的形成和解决（重要） ###

#### 5.1 什么是脑裂 ####

脑裂（split-brain）：指在一个高可用（HA）系统中，当联系着的两个节点断开联系时，本来为一个整体的系统，分裂为两个独立节点，这时两个节点开始争抢共享资源，结果会导致系统混乱，数据损坏。

对于无状态服务的HA，无所谓脑裂不脑裂；但对有状态服务（比如MySQL）的HA，必须要严格防止脑裂。

#### 5.2 脑裂的形成 ####

Master一直发送心跳消息给backup主机，如果中间的链路突然断掉，backup主机将无法收到master主机发送过来的心跳消息（也就是vrrp报文），backup这时候会立即抢占master的工作，但其实这时候的master是正常工作的，此时就会出现脑裂的现象。

#### 5.3 预防脑裂的发生 ####

*  使用shell脚本对这两个主机之间的连通性进行监测，如果发现有问题，就会立即关闭keepalived服务来防止脑裂的产生。
 *  增加一条链路作为备用链路，即使主链路挂掉了，备用链路也会顶上来，master主机可以继续给backup主机发送心跳消息。
 *  使用监控软件的方法，这边主要是采用的zabbix来监控的，主要就是创建监控项，创建触发器来测试关闭keepalived服务。

###主调度器
    ###判断主从调度器之间链路是否断连
    ping -c 3 -i 0.5 -w 2 192.168.145.30 &> /dev/null 
    
    if [ $? -ne 0 ];then
      ssh 192.168.145.75 ping -c 3 -i 0.5 -w 2 -I 192.168.145.75 192.168.145.30  &> /dev/null 
      if [ $? -eq 0 ];then
          systemctl stop keepalived
      fi
    fi

## 二、LVS+Keepalived 高可用集群部署 ##

### 1. 环境部署 ###

![\[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-F5lYh6uF-1686449748780)(C:\\Users\\86138\\AppData\\Roaming\\Typora\\typora-user-images\\image-20230609201942660.png)\]][img-F5lYh6uF-1686449748780_C_Users_86138_AppData_Roaming_Typora_typora-user-images_image-20230609201942660.png]

主DR 服务器：192.168.145.15
    备DR 服务器：192.168.145.30
    Web 服务器1：192.168.145.45
    Web 服务器2：192.168.145.60
    vip：192.168.145.20
    客户端：192.168.145.75

### 2. LVS 部署 ###

#### 2.1 配置负载调度器（主、备相同） ####

[root@localhost ~]# systemctl stop firewalld.service
    [root@localhost ~]# setenforce 0
    [root@localhost ~]# yum -y install ipvsadm keepalived
    ###加载ip_vs模块
    [root@localhost ~]# modprobe ip_vs
    ###查看ip_vs版本信息
    [root@localhost ~]# cat /proc/net/ip_vs
    IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
    Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
      -> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn

**（1）配置keeplived（主、备DR 服务器上都要设置）**

[root@localhost ~]#cd /etc/keepalived/
    [root@localhost keepalived]# cp keepalived.conf keepalived.conf.bak
    [root@localhost keepalived]# vim keepalived.conf
    ......
    ###定义全局参数
    global_defs {						
    ###--10行--修改，邮件服务指向本地
    	smtp_server 127.0.0.1
    ###--12行--修改，指定服务器（路由器）的名称，主备服务器名称须不同，主为LVS_01，备为LVS_02
    	router_id LVS_01
    ###--14行到18行，注释掉，取消严格遵守VRRP协议功能，否则VIP无法被连接
    	#vrrp_strict
    }
    
    ###定义VRRP热备实例参数
    vrrp_instance VI_1 {				
    ###--20行--修改，指定热备状态，主为MASTER，备为BACKUP
        state MASTER
    ###--21行--修改，指定承载vip地址的物理接口
        interface ens33
    ###--22行--修改，指定虚拟路由器的ID号，每个热备组保持一致	
        virtual_router_id 10
    	#nopreempt						#如果设置非抢占模式，两个节点state必须为BACKUP，并加上配置 nopreempt
    ###--23行--修改，指定优先级，数值越大优先级越高，这里设置主为100，备为90
        priority 100
        advert_int 1					#通告间隔秒数(心跳频率)
        authentication {				#定义认证信息,每个热备组保持一致
    		auth_type PASS				#认证类型
    ###--27行--修改，指定验证密码，主备服务器保持一致
            auth_pass abc123
        }
        virtual_ipaddress {				#指定群集vip地址
            192.168.145.20
        }
    }
    ###--36行--修改，指定虚拟服务器地址(VIP)、端口，定义虚拟服务器和Web服务器池参数
    virtual_server 192.168.145.20 80 {
        delay_loop 6					#健康检查的间隔时间(秒)
        lb_algo rr						#指定调度算法，轮询(rr)
    ###--39行--修改，指定群集工作模式，直接路由(DR)
        lb_kind DR
        persistence_timeout 0			#连接保持时间(秒)
        protocol TCP					#应用服务采用的是 TCP协议
    ###--43行--修改，指定第一个Web节点的地址、端口
        real_server 192.168.145.45 80 {
            weight 1					#节点的权重
    ###--45行--删除，添加以下健康检查方式		
            TCP_CHECK {
    			connect_port 80			#添加检查的目标端口
    			connect_timeout 3		#添加连接超时(秒)
    			nb_get_retry 3			#添加重试次数
    			delay_before_retry 3	#添加重试间隔
    		}
    	}
    
    	real_server 192.168.145.60 80 {		#添加第二个 Web节点的地址、端口
            weight 1
            TCP_CHECK {
    			connect_port 80
    			connect_timeout 3
    			nb_get_retry 3
    			delay_before_retry 3
    		}
    	}
    ##删除后面多余的配置##
    }

[root@localhost keepalived]# systemctl start keepalived
    [root@localhost keepalived]# ip addr
    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: ens32: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
        link/ether 00:0c:29:33:c5:93 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
        inet 192.168.145.15/24 brd 192.168.145.255 scope global noprefixroute ens32
           valid_lft forever preferred_lft forever
        inet 192.168.145.20/32 scope global ens32
           valid_lft forever preferred_lft forever
        inet6 fe80::fd54:3fb4:558d:82fb/64 scope link noprefixroute 
           valid_lft forever preferred_lft forever
    3: virbr0: <NO-CARRIER,BROADCAST,MULTICAST,UP> mtu 1500 qdisc noqueue state DOWN group default qlen 1000
        link/ether 52:54:00:e4:ec:73 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
        inet 192.168.122.1/24 brd 192.168.122.255 scope global virbr0
           valid_lft forever preferred_lft forever
    4: virbr0-nic: <BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500 qdisc pfifo_fast master virbr0 state DOWN group default qlen 1000
        link/ether 52:54:00:e4:ec:73 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

**（2）启动 ipvsadm 服务**

[root@localhost keepalived]# ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
    [root@localhost keepalived]# systemctl start ipvsadm
    [root@localhost keepalived]# ipvsadm -ln
    IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
    Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
      -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
    TCP  127.0.0.1:80 rr
    TCP  192.168.145.20:80 rr
      -> 192.168.145.45:80            Route   1      0          0         
      -> 192.168.145.60:80            Route   1      0          0

**（3）调整 proc 响应参数，关闭Linux 内核的重定向参数响应**

[root@localhost ~]# vim /etc/sysctl.conf
    net.ipv4.conf.all.send_redirects = 0
    net.ipv4.conf.default.send_redirects = 0
    net.ipv4.conf.ens33.send_redirects = 0
    ###刷新
    [root@localhost ~]# sysctl -p
    net.ipv4.conf.all.send_redirects = 0
    net.ipv4.conf.default.send_redirects = 0
    net.ipv4.conf.ens32.send_redirects = 0

#### 2.2 配置节点服务器 ####

**（1）关闭防火墙，安装httpd服务**

[root@localhost ~]#[root@localhost ~]#systemctl stop firewalld
    [root@localhost ~]#setenforce 0
    
    [root@localhost ~]# yum -y install httpd
    [root@localhost ~]# systemctl start httpd

**（2）设置访问网页**

###--192.168.145.45---
    [root@localhost ~]# echo 'this is accp web!' > /var/www/html/index.html
    
    ###--192.168.145.60---
    [root@localhost ~]# echo 'this is benet web!' > /var/www/html/index.html

**（3）网卡配置以及配置虚拟VIP地址**

[root@localhost ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-lo:0
    DEVICE=lo:0
    ONBOOT=yes
    IPADDR=192.168.145.20
    ###注意：子网掩码必须全为 1
    NETMASK=255.255.255.255
    
    [root@localhost ~]#service network restart
    ###启动环回网卡
    [root@localhost ~]#ifup lo:0
    ###启动环回网卡
    [root@localhost ~]#ifconfig lo:0
    lo:0: flags=73<UP,LOOPBACK,RUNNING>  mtu 65536
            inet 192.168.145.20  netmask 255.255.255.255
            loop  txqueuelen 1000  (Local Loopback)
    [root@localhost ~]#route add -host 192.168.145.20 dev lo:0
    ###调整内核的 ARP 响应参数以阻止更新 VIP 的 MAC 地址，避免发生冲突
    [root@localhost ~]#vim /etc/sysctl.conf
    net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1
    net.ipv4.conf.lo.arp_announce = 2
    net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1
    net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2
    ###刷新
    [root@localhost ~]#sysctl -p
    net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1
    net.ipv4.conf.lo.arp_announce = 2
    net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1
    net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2

#### 2.3 测试验证 ####

在客户端访问 http://192.168.145.20/ 
    再在主服务器关闭 keepalived 服务后再测试
    systemctl stop keepalived

![\[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-YFnLEk9B-1686449748780)(C:\\Users\\86138\\AppData\\Roaming\\Typora\\typora-user-images\\image-20230609215948144.png)\]][img-YFnLEk9B-1686449748780_C_Users_86138_AppData_Roaming_Typora_typora-user-images_image-20230609215948144.png]

## 三、常见问题 ##

### 1. Keepalived 通过什么判断哪台主机为主服务器，通过什么方式配置浮动IP？ ###

Keepalived首先做初始化先检查state状态，master为主服务器，backup为备服务器。

然后再对比所有服务器的priority，谁的优先级高谁是最终的主服务器。

优先级高的服务器会通过ip命令为自己的电脑配置一个提前定义好的浮动IP地址。

### 2. keepalived 的抢占与非抢占模式 ###

抢占模式即MASTER从故障中恢复后，会将VIP从BACKUP节点中抢占过来。非抢占模式即MASTER恢复后不抢占BACKUP升级为MASTER后的VIP。

非抢占式俩节点state必须为bakcup，且必须配置`nopreempt`。

[root@localhost ~]# vim /etc/keepalived/keepalived.conf
    vrrp_instance VI_1 {
    	state BACKUP
    	nopreempt
    	interface ens32
    	virtual router_id 51
    	priority 100
    	advert_int 1
    	authentication{
    		auth_type PASS
    		auth_pass 1111
    	}
    	virtual ipaddress {
    	192.168.80.188
    	}
    }

注意：这样配置后，我们要注意启动服务的顺序，优先启动的获取master权限，与优先级没有关系了。

## 四、Nginx+keepalived高可用集群部署 ##

![在这里插入图片描述][762f820f65bd4121b8cf1f7941b497b6.png_pic_center]

### 1. 环境部署 ###

主调度器
    192.168.145.15
    从调度器
    192.168.145.30
    vip地址
    192.168.145.20

### 2. Nginx 部署 ###

#### 2.1 配置负载调度器（主、备相同） ####

[root@localhost ~]# vim keepalived.conf
    ......
    global_defs {
    	smtp_server 127.0.0.1
    	router_id Nginx_01
    	#vrrp_strict
    }
    
    vrrp_script chk_nginx {
        ###指定监控脚本的路径
        script "/etc/keepalived/nginx_check.sh"
        ###检测的间隔时间
        interval 2
        ###权重
        weight 2
    }
    
    ###定义VRRP热备实例参数
    vrrp_instance VI_1 {				
    ###--20行--修改，指定热备状态，主为MASTER，备为BACKUP
        state MASTER
    ###--21行--修改，指定承载vip地址的物理接口
        interface ens33
    ###--22行--修改，指定虚拟路由器的ID号，每个热备组保持一致	
        virtual_router_id 10
    	#nopreempt						#如果设置非抢占模式，两个节点state必须为BACKUP，并加上配置 nopreempt
    ###--23行--修改，指定优先级，数值越大优先级越高，这里设置主为100，备为90
        advert_int 1					
        authentication {				
    		auth_type PASS
            auth_pass 1111
        }
        virtual_ipaddress {
            192.168.145.20
        }
         ###加载追踪模块
        track_script {                  
            chk_nginx
        }
    }
    
    ###检测nginx是否启动的脚本
    [root@localhost ~]# vim /etc/keepalived/nginx_check.sh
    #!/bin/bash
    if ! killall -0 nginx  &> /dev/null
    then
        systemctl stop keepalived
    fi
    
    ###给脚本添加执行权限
    [root@localhost ~]# chmod +x nginx_check.sh

#### 2.2 配置Nginx四层负载均衡 ####

参考[负载均衡博客][Link 1]。

### 3. 测试验证 ###

在客户端访问 http://192.168.145.20/ 
    再在主服务器关闭 nginx 服务后再测试，看keepalived服务是否同时关闭，VIP是否转移，再次启动

![\[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Sfxr70Yh-1686449748781)(C:\\Users\\86138\\AppData\\Roaming\\Typora\\typora-user-images\\image-20230611100723106.png)\]][img-Sfxr70Yh-1686449748781_C_Users_86138_AppData_Roaming_Typora_typora-user-images_image-20230611100723106.png]

## 五、总结 ##

### 1. 一个合格的集群应该具有的特性 ###

*  负载均衡：`LVS`、`Nginx`、`Haproxy`
 *  给调度器/节点服务器健康检查：`Keepalived`、`Heartbeat`
 *  故障转移

### 2. 脑裂相关问题 ###

脑裂的形成和如何预防脑裂

[http_www.keepalived.org]: http://www.keepalived.org/
[629cd6a3e9f549d88b3c0818e5d1ca21.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/06/f17436b84137400db86d99c1918041a5.png
[img-F5lYh6uF-1686449748780_C_Users_86138_AppData_Roaming_Typora_typora-user-images_image-20230609201942660.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/06/28d299ea0fb14901bf19f071f772ff65.png
[img-YFnLEk9B-1686449748780_C_Users_86138_AppData_Roaming_Typora_typora-user-images_image-20230609215948144.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/06/8d026c760fbe429a87cbaf7a9f4cf397.png
[762f820f65bd4121b8cf1f7941b497b6.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/06/3da05d7390154b7491d5b322bfcf8537.png
[Link 1]: https://blog.csdn.net/datangda/article/details/131074006
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