linux 负载均衡

介绍

主流开源软件LVS、keepalived、haproxy、nginx等其中LVS属于4层（网络OSI 7层模型），nginx属于7层，haproxy既可以认为是4层，也可以当做7层使用。

keepalived的负载均衡功能其实就是lvs。

lvs这种4层的负载均衡是可以分发除80外的其他端口通信的，比如MySQL的，而nginx仅仅支持http，https，mail，haproxy也支持MySQL这种相比较来说，LVS这种4层的更稳定，能承受更多的请求，而nginx这种7层的更加灵活，能实现更多的个性化需求。

LVS是由国人章文嵩开发流行度不亚于apache的httpd，基于TCP/IP做的路由和转发，稳定性和效率很高。

LVS最新版本基于Linux内核2.6，有好多年不更新了。

LVS有三种常见的模式：NAT、DR、IP Tunnel。 LVS架构中有一个核心角色叫做分发器（Load balance），它用来分发用户的请求，还有诸多处理用户请求的服务器（Real Server，简称rs）。

LVS 模式

LVS NAT模式

这种模式借助iptables的nat表来实现用户的请求到分发器后，通过预设的iptables规则，把请求的数据包转发到后端的rs上去。 rs需要设定网关为分发器的内网ip 用户请求的数据包和返回给用户的数据包全部经过分发器，所以分发器成为瓶颈。在nat模式中，只需要分发器有公网ip即可，所以比较节省公网ip资源。

LVS IP Tunnel模式

这种模式，需要有一个公共的IP配置在分发器和所有rs上，我们把它叫做vip 客户端请求的目标IP为vip，分发器接收到请求数据包后，会对数据包做一个加工，会把目标IP改为rs的IP，这样数据包就到了rs上 rs接收数据包后，会还原原始数据包，这样目标IP为vip，因为所有rs上配置了这个vip，所以它会认为是它自己。

LVS DR模式

这种模式，也需要有一个公共的IP配置在分发器和所有rs上，也就是vip 和IP Tunnel不同的是，它会把数据包的MAC地址修改为rs的MAC地址 rs接收数据包后，会还原原始数据包，这样目标IP为vip，因为所有rs上配置了这个vip，所以它会认为是它自己。

LVS 调度算法

轮询 Round-Robin rr
加权轮询 Weight Round-Robin wrr
最小连接 Least-Connection lc
加权最小连接 Weight Least-Connection wlc
基于局部性的最小连接 Locality-Based Least Connections lblc
带复制的基于局部性最小连接 Locality-Based Least Connections with Replication lblcr
目标地址散列调度 Destination Hashing dh
源地址散列调度 Source Hashing sh

LVS 搭建

LVS NAT模式搭建

准备：三台机器

分发器，也叫调度器（简写为dir）内网：192.168.127.128，外网：192.168.126.128（vmware仅主机模式）
rs1 内网：192.168.127.129
rs2 内网：192.168.127.130

注意：内网两台主机的网管设置为分发器内网的IP 192.168.127.128

在dir下操作

安装

yum install -y ipvsadm

为了方便，编写一个脚本/usr/local/sbin/lvs_nat.sh

#! /bin/bash
# director 服务器上开启路由转发功能:
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
# 关闭icmp的重定向
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/send_redirects
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/default/send_redirects
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/ens33/send_redirects
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/ens37/send_redirects

# director 设置nat防火墙
iptables -t nat -F
iptables -t nat -X
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.127.0/24  -j MASQUERADE    #转发规则
# director设置ipvsadm
IPVSADM='/sbin/ipvsadm'
$IPVSADM -C
$IPVSADM -A -t 192.168.126.128:80 -s rr          #-t后跟外网IP -s后跟算法 wrr权重轮询
$IPVSADM -a -t 192.168.126.128:80 -r 192.168.127.129:80 -m #-w N 权重为N  -a为rs上添加规则
$IPVSADM -a -t 192.168.126.128:80 -r 192.168.127.130:80 -m

测试，两台rs都安装nginx并启动

[root@localhost ~]# curl 192.168.126.128
<h1>192.168.127.130</h1>
[root@localhost ~]# curl 192.168.126.128
<h1>192.168.127.129</h1>
[root@localhost ~]# curl 192.168.126.128
<h1>192.168.127.130</h1>
[root@localhost ~]# curl 192.168.126.128
<h1>192.168.127.129</h1>
[root@localhost ~]# curl 192.168.126.128
<h1>192.168.127.130</h1>

LVS DR模式搭建

LVS的DR设置

三台机器：

director(eth0 192.168.127.128, vip eth0:0 192.168.127.140)
real server1(eth0 vip 192.168.127.129, vip lo:0 192.168.127.140)
real server2(eth0 vip 192.168.127.130, vip lo:0 192.168.127.140)

在director上

/usr/local/sbin/lvs.sh


#! /bin/bash
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
ipv=/sbin/ipvsadm
vip=192.168.127.140
rs1=192.168.127.129
rs2=192.168.127.130

# 注意网卡名
ifconfig ens33:0 $vip broadcast $vip netmask 255.255.255.255 up
route add -host $vip dev ens33:0
$ipv -C
$ipv -A -t $vip:80 -s rr
$ipv -a -t $vip:80 -r $rs1:80 -g -w 1
$ipv -a -t $vip:80 -r $rs2:80 -g -w 1

在两台real server上

/usr/local/sbin/lvs.sh

#! /bin/bash
vip=192.168.127.140
ifconfig lo:0 $vip broadcast $vip network 255.255.255.255 up
route add -host $vip 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

分别启动脚本和nginx，用http://192.168.127.140测试

LVS/DR + keepalived配置

注意：前面虽然我们已经配置过一些操作，但是下面我们使用keepaliave操作和之前的操作是有些冲突的，所以若是之前配置过DR，请首先做如下操作：dr上执行：

$ipv -C
ifconfig eth0:0  down

前面的lvs虽然已经配置成功也实现了负载均衡，但是我们测试的时候发现，当某台real server把httpd进程停掉，那么director照样会把请求转发过去，这样就造成了某些请求不正常。所以需要有一种机制用来检测real server的状态，这就是keepalived。它的作用除了可以检测rs状态外，还可以检测备用director的状态，也就是说keepalived可以实现ha集群的功能，当然了也需要一台备用director。

备用director也需要安装一下keepalived软件

yum install -y keepalived

安装好后，编辑配置文件

vim /etc/keepalived/keepalived.conf   
# 加入如下：

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER   #备用服务器上为 BACKUP
    interface ens33
    virtual_router_id 51
    priority 100  #备用服务器上为90
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.0.100
    }
}
virtual_server 192.168.127.100 80 {
    delay_loop 6                  #(每隔10秒查询realserver状态)
    lb_algo wlc                  #(lvs 算法)
    lb_kind DR                  #(Direct Route)
    persistence_timeout 60        #(同一IP的连接60秒内被分配到同一台realserver)
    protocol TCP                #(用TCP协议检查realserver状态)

    real_server 192.168.127.129 80 {
        weight 100               #(权重)
        TCP_CHECK {
            connect_timeout 10       #(10秒无响应超时)
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 3
            connect_port 80
        }
    }
real_server 192.168.127.130 80 {
        weight 100
        TCP_CHECK {
            connect_timeout 10
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 3
            connect_port 80
        }
     }
}

以上为主director的配置文件，从director的配置文件只需要修改

state MASTER  -> state BACKUP
priority 100 -> priority 90

配置完keepalived后，需要开启端口转发（主从都要做）：

echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward

然后，两个rs上执行 /usr/local/sbin/lvs_dr_rs.sh 脚本

最后，两个director上启动keepalived服务（先主后从）：

systemctl start keepalived

另外，需要注意的是，启动keepalived服务会自动生成vip和ipvsadm规则，不需要再去执行上面提到的/usr/local/sbin/lvs_dr.sh 脚本。

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