Keepalived热备、Keepalived+LVS、HAProxy监控及后端服务器健康检查、负载均衡调度器对比

day02

day02KeepAlived高可用集群配置高可用的web集群监控本机80端口，实现主备切换实现原理实施配置高可用、负载均衡的web集群配置高可用、负载均衡HAProxy配置haproxy负载均衡调度器比较LVS（Linux Virtual Server）NginxHAProxy

KeepAlived高可用集群

• keepalived用于实现高可用集群
• 它的工作原理就是VRRP（虚拟冗余路由协议）

配置高可用的web集群

• 环境说明：

  • web1：eth0->192.168.88.100/24
  • web2：eth0->192.168.88.200/24

• 配置keepalived 

# 在两台web服务器上安装keepalived

[root@pubserver cluster]# vim 07-install-keepalived.yml

---

- name: install keepalived

  hosts: webservers

  tasks:

    - name: install keepalived   # 安装keepalived

      yum:

        name: keepalived

        state: present

[root@pubserver cluster]# ansible-playbook 07-install-keepalived.yml

# 修改配置文件

[root@web1 ~]# vim /etc/keepalived/keepalived.conf 

 12    router_id web1    # 设置本机在集群中的唯一识别符

 13    vrrp_iptables     # 自动配置iptables放行规则

 ... ...

 20 vrrp_instance VI_1 {

 21     state MASTER           # 状态，主为MASTER，备为BACKUP

 22     interface eth0         # 网卡

 23     virtual_router_id 51   # 虚拟路由器地址

 24     priority 100           # 优先级

 25     advert_int 1           # 发送心跳消息的间隔

 26     authentication {

 27         auth_type PASS     # 认证类型为共享密码

 28         auth_pass 1111     # 集群中的机器密码相同，才能成为集群

 29     }   

 30     virtual_ipaddress {

 31         192.168.88.80/24    # VIP地址

 32     }   

 33 }

# 删除下面所有行

[root@web1 ~]# systemctl start keepalived

# 等几秒服务完全启动后，可以查看到vip

[root@web1 ~]# ip a s eth0 | grep '88'

    inet 192.168.88.100/24 brd 192.168.88.255 scope global noprefixroute eth0

    inet 192.168.88.80/24 scope global secondary eth0

# 配置web2

[root@web1 ~]# scp /etc/keepalived/keepalived.conf 192.168.88.200:/etc/keepalived/

[root@web2 ~]# vim /etc/keepalived/keepalived.conf 

 12    router_id web2          # 改id

 13    vrrp_iptables

 ... ... 

 20 vrrp_instance VI_1 {

 21     state BACKUP           # 改状态

 22     interface eth0

 23     virtual_router_id 51

 24     priority 80            # 改优先级

 25     advert_int 1

 26     authentication {

 27         auth_type PASS

 28         auth_pass 1111

 29     }

 30     virtual_ipaddress {

 31         192.168.88.80/24

 32     }

 33 }

# 启动服务

[root@web2 ~]# systemctl start keepalived

# 查看地址，eth0不会出现vip

[root@web2 ~]# ip a s | grep '88'

    inet 192.168.88.200/24 brd 192.168.88.255 scope global noprefixroute eth0

# 测试，现在访问88.80，看到是web1上的内容

[root@client1 ~]# curl http://192.168.88.80

Welcome from web1

# 模拟web1出现故障

[root@web1 ~]# systemctl stop keepalived.service 

# 测试，现在访问88.80，看到是web2上的内容

[root@client1 ~]# curl http://192.168.88.80

Welcome from web2

# 在web2上查看vip，可以查看到vip 192.168.88.80

[root@web2 ~]# ip a s | grep '88'

    inet 192.168.88.200/24 brd 192.168.88.255 scope global noprefixroute eth0

    inet 192.168.88.80/24 scope global secondary eth0

监控本机80端口，实现主备切换

实现原理

• 配置高可用的web集群时，Keepalived只为服务器提供了VIP
• Keepalived不知道服务器上运行了哪些服务
• MASTER服务器可以通过跟踪脚本监视本机的80端口，一旦本机80端口失效，则将VIP切换至BACKUP服务器
• Keepalived对脚本的要求是，退出码为0表示访问成功；退出码为1表示失败。

实施 

# 1. 在MASTER上创建监视脚本

[root@web1 ~]# vim /etc/keepalived/check_http.sh

#!/bin/bash

ss -tlnp | grep :80 &> /dev/null && exit 0 || exit 1

[root@web1 ~]# chmod +x /etc/keepalived/check_http.sh

# 2. 修改MASTER配置文件，使用脚本

[root@web1 ~]# vim /etc/keepalived/keepalived.conf 

  1 ! Configuration File for keepalived

  2 

  3 global_defs {

...略...

 18 }

 19 

 20 vrrp_script chk_http_port {  # 定义监视脚本

 21     script "/etc/keepalived/check_http.sh"

 22     interval 2   # 脚本每隔2秒运行一次

 23 }

 24

 25 vrrp_instance VI_1 {

 26     state MASTER

 27     interface eth0

 28     virtual_router_id 51

 29     priority 100

 30     advert_int 1

 31     authentication {

 32         auth_type PASS

 33         auth_pass 1111

 34     }

 35     virtual_ipaddress {

 36         192.168.88.80/24

 37     }

 38     track_script {    # 引用脚本

 39         chk_http_port

 40     }

 41 }

# 3. 重起服务

[root@web1 ~]# systemctl restart keepalived.service 

# 4. 测试，关闭web1的nginx后，VIP将会切换至web2

[root@web1 ~]# systemctl stop nginx.service 

[root@web1 ~]# ip a s | grep 88

    inet 192.168.88.100/24 brd 192.168.88.255 scope global noprefixroute eth0

[root@web2 ~]# ip a s | grep 88

    inet 192.168.88.200/24 brd 192.168.88.255 scope global noprefixroute eth0

    inet 192.168.88.80/24 scope global secondary eth0

# 5. 当MASTER的nginx修复后，VIP将会切换回至web1

[root@web1 ~]# systemctl start nginx.service 

[root@web1 ~]# ip a s | grep 88

    inet 192.168.88.100/24 brd 192.168.88.255 scope global noprefixroute eth0

    inet 192.168.88.80/24 scope global secondary eth0

[root@web2 ~]# ip a s | grep 88

    inet 192.168.88.200/24 brd 192.168.88.255 scope global noprefixroute eth0

配置高可用、负载均衡的web集群

• 环境说明：LVS-DR模式

  • client1：eth0->192.168.88.10
  • lvs1：eth0->192.168.88.5
  • lvs2：eth0->192.168.88.6
  • web1：eth0->192.168.88.100
  • web2：eth0->192.168.88.200

• 环境准备

# 关闭2台web服务器上的keepalived，并卸载

[root@pubserver cluster]# vim 08-rm-keepalived.yml

---

- name: remove keepalived

  hosts: webservers

  tasks:

    - name: stop keepalived       # 停服务

      service:

        name: keepalived

        state: stopped

    - name: uninstall keepalived   # 卸载

      yum:

        name: keepalived

        state: absent

[root@pubserver cluster]# ansible-playbook 08-rm-keepalived.yml

# 创建新虚拟机lvs2

[root@myhost ~]# vm clone lvs2

# 为lvs2设置ip地址

[root@myhost ~]# vm setip lvs2 192.168.88.6

# 连接

[root@myhost ~]# ssh 192.168.88.6

配置高可用、负载均衡

1. 在2台web服务器的lo上配置vip
2. 在2台web服务器上配置内核参数
3. 删除lvs1上的eth0上的VIP地址。因为vip将由keepalived接管

[root@pubserver cluster]# vim 09-del-lvs1-vip.yml

---

- name: del lvs1 vip

  hosts: lvs1

  tasks:

    - name: rm vip

      lineinfile:            # 在指定文件中删除行

        path: /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0

        regexp: 'IPADDR2='   # 正则匹配

        state: absent

      notify: restart system

  handlers:

    - name: restart system

      shell: reboot

[root@pubserver cluster]# ansible-playbook 09-del-lvs1-vip.yml

# 查看结果

[root@lvs1 ~]# ip a s eth0 | grep 88

    inet 192.168.88.5/24 brd 192.168.88.255 scope global noprefixroute eth0

1. 删除lvs1上的lvs规则。因为lvs规则将由keepalived创建

[root@lvs1 ~]# ipvsadm -Ln   # 查看规则

[root@lvs1 ~]# ipvsadm -D -t 192.168.88.15:80

1. 在lvs上配置keepalived

# 在主机清单文件中加入lvs2的说明

[root@pubserver cluster]# vim inventory

...略...

[lb]

lvs1 ansible_host=192.168.88.5

lvs2 ansible_host=192.168.88.6

...略...

# 安装软件包

[root@pubserver cluster]# cp 01-upload-repo.yml 10-upload-repo.yml

---

- name: config repos.d

  hosts: lb

  tasks:

    - name: delete repos.d

      file:

        path: /etc/yum.repos.d

        state: absent

    - name: create repos.d

      file:

        path: /etc/yum.repos.d

        state: directory

        mode: '0755'

    - name: upload local88

      copy:

        src: files/local88.repo

        dest: /etc/yum.repos.d/

[root@pubserver cluster]# ansible-playbook 10-upload-repo.yml 

[root@pubserver cluster]# vim 11-install-lvs2.yml

---

- name: install lvs keepalived

  hosts: lb

  tasks:

    - name: install pkgs    # 安装软件包

      yum:

        name: ipvsadm,keepalived

        state: present

[root@pubserver cluster]# ansible-playbook 11-install-lvs2.yml

[root@lvs1 ~]# vim /etc/keepalived/keepalived.conf 

 12    router_id lvs1       # 为本机取一个唯一的id

 13    vrrp_iptables        # 自动开启iptables放行规则

... ...

 20 vrrp_instance VI_1 {

 21     state MASTER

 22     interface eth0

 23     virtual_router_id 51

 24     priority 100

 25     advert_int 1

 26     authentication {

 27         auth_type PASS

 28         auth_pass 1111

 29     }   

 30     virtual_ipaddress {

 31         192.168.88.15       # vip地址，与web服务器的vip一致

 32     }   

 33 }

 # 以下为keepalived配置lvs的规则

 35 virtual_server 192.168.88.15 80 {   # 声明虚拟服务器地址

 36     delay_loop 6     # 健康检查延迟6秒开始

 37     lb_algo wrr      # 调度算法为wrr

 38     lb_kind DR       # 工作模式为DR

 39     persistence_timeout 50  # 50秒内相同客户端调度到相同服务器

 40     protocol TCP     # 协议是TCP

 41 

 42     real_server 192.168.88.100 80 {   # 声明真实服务器

 43         weight 1          # 权重

 44         TCP_CHECK {       # 通过TCP协议对真实服务器做健康检查

 45             connect_timeout 3 # 连接超时时间为3秒

 46             nb_get_retry 3    # 3次访问失败则认为真实服务器故障

 47             delay_before_retry 3  # 两次检查时间的间隔3秒

 48         }

 49     }

 50     real_server 192.168.88.200 80 {

 51         weight 2

 52         TCP_CHECK {

 53             connect_timeout 3

 54             nb_get_retry 3

 55             delay_before_retry 3

 56         }

 57     }

 58 }

# 以下部分删除

# 启动keepalived服务

[root@lvs1 ~]# systemctl start keepalived

# 验证

[root@lvs1 ~]# ip a s eth0 | grep 88

    inet 192.168.88.5/24 brd 192.168.88.255 scope global noprefixroute eth0

    inet 192.168.88.15/32 scope global eth0

[root@lvs1 ~]# ipvsadm -Ln    # 出现规则

IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)

Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags

  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn

TCP  192.168.88.15:80 wrr persistent 50

  -> 192.168.88.100:80            Route   1      0          0         

  -> 192.168.88.200:80            Route   2      0          0    

# 客户端连接测试

[root@client1 ~]# for i in {1..6}; do curl http://192.168.88.15/; done

Welcome from web2

Welcome from web2

Welcome from web2

Welcome from web2

Welcome from web2

Welcome from web2

# 为了效率相同的客户端在50秒内分发给同一台服务器。为了使用同一个客户端可以看到轮询效果，可以注释配置文件中相应的行后，重启keepavlied。

[root@lvs1 ~]# vim +39 /etc/keepalived/keepalived.conf

...略...

    # persistence_timeout 50

...略...

[root@lvs1 ~]# systemctl restart keepalived.service 

# 在客户端验证

[root@client1 ~]# for i in {1..6}; do curl http://192.168.88.15/; done

Welcome from web2

Welcome from web1

Welcome from web2

Welcome from web2

Welcome from web1

Welcome from web2

# 配置LVS2

[root@lvs1 ~]# scp /etc/keepalived/keepalived.conf 192.168.88.6:/etc/keepalived/

[root@lvs2 ~]# vim /etc/keepalived/keepalived.conf 

 12    router_id lvs2

 21     state BACKUP

 24     priority 80

[root@lvs2 ~]# systemctl start keepalived

[root@lvs2 ~]# ipvsadm -Ln   # 出现规则

IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)

Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags

  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn

TCP  192.168.88.15:80 wrr

  -> 192.168.88.100:80            Route   1      0          0         

  -> 192.168.88.200:80            Route   2      0          0         

1. 验证

# 1. 验证真实服务器健康检查

[root@web1 ~]# systemctl stop nginx

[root@lvs1 ~]# ipvsadm -Ln   # web1在规则中消失

[root@lvs2 ~]# ipvsadm -Ln

[root@web1 ~]# systemctl start nginx

[root@lvs1 ~]# ipvsadm -Ln   # web1重新出现在规则中

[root@lvs2 ~]# ipvsadm -Ln

# 2. 验证lvs的高可用性

[root@lvs1 ~]# shutdown -h now    # 关机

[root@lvs2 ~]# ip a s | grep 88     # 可以查看到vip

    inet 192.168.88.6/24 brd 192.168.88.255 scope global noprefixroute eth0

    inet 192.168.88.15/32 scope global eth0

# 客户端访问vip依然可用

[root@client1 ~]# for i in {1..6}; do curl http://192.168.88.15/; done

Welcome from web1

Welcome from web2

Welcome from web2

Welcome from web1

Welcome from web2

Welcome from web2

HAProxy

• 也是一款实现负载均衡的调度器

• 适用于负载特别大的web站点

• HAProxy的工作模式：

  • mode http：只适用于web服务
  • mode tcp：适用于各种服务
  • mode health：仅做健康检查，很少使用

配置haproxy

• 环境准备：

  • client1：eth0 -> 192.168.88.10
  • HAProxy：eth0 -> 192.168.88.5
  • web1：eth0 -> 192.168.88.100
  • web2：eth0 -> 192.168.88.200

• 初始化配置

   

# 关闭192.168.88.6

[root@lvs2 ~]# shutdown -h now

# 配置192.168.88.5为haproxy服务器

[root@pubserver cluster]# vim 12-config-haproxy.yml

---

- name: config haproxy

  hosts: lvs1

  tasks:

    - name: rm lvs keepalived     # 删除软件包

      yum:

        name: ipvsadm,keepalived

        state: absent

    - name: rename hostname       # 修改主机名

      shell: hostnamectl set-hostname haproxy1

    - name: install haproxy       # 安装软件包

      yum:

        name: haproxy

        state: present

[root@pubserver cluster]# ansible-playbook 12-config-haproxy.yml

# web服务器，不需要配置vip，不需要改内核参数。但是存在对haproxy也没有影响。

• 配置haproxy

# 修改配置文件

[root@haproxy1 ~]# vim /etc/haproxy/haproxy.cfg 

# 配置文件中，global是全局配置；default是缺省配置，如果后续有和default相同的配置，default配置将会被覆盖。

# 配置文件中，frontend描述haproxy怎么和用户交互；backend描述haproxy怎么和后台应用服务器交互。这两个选项，一般不单独使用，而是合并到一起，名为listen。

# 将64行之后全部删除，写入以下内容

 64 #---------------------------------------------------------------------

 65 listen myweb  # 定义虚拟服务器

 66         bind 0.0.0.0:80     # 监听在所有可用地址的80端口

 67         balance roundrobin  # 定义轮询调度算法

 # 对web服务器做健康检查，2秒检查一次，如果连续2次检查成功，认为服务器是健康的，如果连续5次检查失败，认为服务器坏了

 68         server web1 192.168.88.100:80 check inter 2000 rise 2 fall 5

 69         server web2 192.168.88.200:80 check inter 2000 rise 2 fall 5

 70 

 71 listen stats  # 定义虚拟服务器

 72         bind 0.0.0.0:1080       # 监听在所有可用地址的1080端口

 73         stats refresh 30s       # 设置监控页面自动刷新时间为30秒

 74         stats uri /stats        # 定义监控地址是/stats

 75         stats auth admin:admin  # 监控页面的用户名和密码都是admin

# 启服务

[root@haproxy1 ~]# systemctl start haproxy.service 

# 使用firefox访问监控地址 http://192.168.88.5:1080/stats

# 客户端访问测试

[root@client1 ~]# for i in {1..6}; do curl http://192.168.88.5/; done

Welcome from web2

Welcome from web1

Welcome from web2

Welcome from web1

Welcome from web2

Welcome from web1

# client1上使用ab访问

[root@client1 ~]# yum install -y httpd-tools

[root@client1 ~]# ab -n1000 -c200 http://192.168.88.5/

监控地址 http://192.168.88.5:1080/stats如下：

 

• Queue：队列长度。Cur当前队列长度，Max最大队列长度，Limit限制长度
• Session rate：会话率，每秒钟的会话数
• Sessions：会话数
• Bytes：字节数。In收到的字节数，Out发出的字节数
• Denied：拒绝。Req请求，Resp响应
• Errors：错误
• Warning：警告
• Status：状态
• LastChk：上一次检查。L4OK，第四层tcp检查通过
• Wght：权重

负载均衡调度器比较

LVS适用于需要高并发性和稳定性的场景，Nginx适用于静态文件服务和反向代理等应用层负载均衡场景，HAProxy则具备较为丰富的功能和灵活性，适用于多种负载均衡场景。

LVS（Linux Virtual Server）

优点：

• 高性能：LVS使用Linux内核中的IP负载均衡技术，能够实现非常高的并发处理能力。
• 稳定性：LVS经过长时间的实践应用，成熟稳定，被广泛使用。
• 可用性：支持高可用性的配置，可以实现故障自动切换，提供无中断的服务。
• 灵活性：可根据需要采用多种负载均衡算法，如轮询、加权轮询、哈希等。

缺点：

• 配置复杂：相对于其他两个技术，LVS的配置相对较为复杂，需要更深入的了解和配置。
• 功能相对局限：LVS主要是一种传输层负载均衡技术，无法像Nginx和HAProxy那样对应用层协议进行处理。

Nginx

优点：

• 高性能：Nginx采用了基于事件驱动的异步非阻塞架构，能够处理大量并发连接。
• 负载均衡：Nginx具备内置的负载均衡功能，可以根据配置进行请求的转发。
• 丰富的功能：Nginx支持反向代理、静态文件服务、缓存、SSL等，在Web服务器领域有很广泛的应用。

缺点：

• 功能相对较少：相对于LVS和HAProxy，Nginx在负载均衡算法和健康检查等方面的功能相对较少。
• 限制于应用层协议：Nginx只能对HTTP和HTTPS等应用层协议进行处理，无法处理其他协议。

HAProxy

优点：

• 灵活性：HAProxy支持丰富的负载均衡算法和会话保持方式，可以根据需求进行灵活配置。
• 完整的功能：HAProxy支持高可用性配置、健康检查、故障恢复、SSL等功能，在负载均衡领域应用广泛。
• 高性能：HAProxy性能优良，能够处理大量并发连接，并且支持异步IO模型。

缺点：

• 内存占用：相对于Nginx和LVS，HAProxy在处理大量连接时消耗的内存稍高一些。
• 高可用性：HAProxy需要借助额外的工具来实现高可用性，例如Keepalived。

知识点思维导图：https://flowus.cn/share/7875c0e1-ebbd-4dad-aa7e-f40e6ed6c6d3