Keepalived & LVS 搭建高可用的Web服务

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在本文中，我将会讲述如何在Centos 7下基于Keepalived和LVS技术，实现Web服务的高可用和负载均衡，我们的目标拓扑结构如下图所示

未命名文件

本文将会持续修正和更新，最新内容请参考我的 GITHUB 上的程序猿成长计划项目，欢迎 Star，更多精彩内容请 follow me。

准备

如果你觉得一步一步按照下面的操作来搭建太过麻烦，可以直接下载 mylxsw/keepalived-example 项目，然后执行 make create 即可一键搭建起整个演示环境。

使用Vagrant创建四台虚拟机用于测试使用，Vagrant 配置文件格式如下

1Vagrant.configure("2") do |config|
2  config.vm.box = "centos/7"
3  config.vm.network "private_network", ip: "IP地址"
4end

对于每个配置，需要替换配置文件中的IP地址

用途

keepalived

192.168.88.8

负载均衡Master

keepalived-backup

192.168.88.9

负载均衡Backup

node-1

192.168.88.10

web服务器

node-2

192.168.88.11

web服务器

client

192.168.88.2

客户端，也可以直接用自己的电脑，IP地址任意都可

VIP为 192.168.88.100，客户端IP为 192.168.88.2。

启动Vagrant服务器需要进入服务器所在目录，执行 vagrant up 命令，登录到服务器需要执行 vagrant ssh 命令。如果你还没有接触过Vagrant，那么可以看看这篇文章 Vagrant入门。由于本文中很多命令都需要使用 root 权限进行操作，因此建议执行命令 su root 直接提升到root权限（密码为 vagrant ），否则需要在所有命令前添加 sudo 来执行。

分别登录每台服务器，设置其hostname，方便后面我们区分不同的服务器

1# 在192.168.88.8上执行
2hostnamectl set-hostname keepalived
3# 在192.168.88.9上执行
4hostnamectl set-hostname keepalived-backup
5# 在192.168.88.10上执行
6hostnamectl set-hostname node-1
7# 在192.168.88.11上执行
8hostnamectl set-hostname node-2

然后退出重新登录，就可以看到hostname生效了。

安装Keepalived服务

在 keepalived 和 keepalived-backup 两个虚拟机上，安装keepalived服务

yum install -y keepalived ipvsadm

安装完成后，可以看到生成了/etc/keepalived/keepalived.conf配置文件，不过这个文件是Keepalived提供的示例，后面我们需要修改。

将 Keepalived 服务添加到开机自启动

systemctl enable keepalived

安装web服务

在两台web服务器 node-1 和 node-2 上，我们就简单安装一个 nginx，然后开放80端口，提供简单的web服务用于测试

1yum install yum-utils
2yum-config-manager --add-repo https://openresty.org/package/centos/openresty.repo
3yum install -y openresty

为了方便查看效果，我们将 nginx 的默认web页面修改为显示服务器的IP

ip addr show eth1 | grep '192.168.88.' | awk '{print $2}' > /usr/local/openresty/nginx/html/index.html

然后，启动web服务

1systemctl enable openresty
2systemctl start openresty

Keepalive实现高可用

在这里，我们实现Keepalive服务（keepalived 和 keepalived-backup 两台服务器）的高可用，也就是为负载均衡服务提供主备服务，当master挂掉之后，backup自动成为新的master继续提供服务。

下面是Keepalived配置文件内容

1global_defs {
2    router_id LVS_8808
3}
4
5vrrp_instance HA_WebServer {
6    state MASTER
7    ! 监听的网卡，keepalived会将VIP绑定到该网卡上
8    interface eth1
9    ! 虚拟路由器ID，同一个实例保持一致，多个实例不能相同
10    virtual_router_id 18
11    garp_master_refresh 10
12    garp_master_refresh_repeat 2
13    ! VRRP 优先顺序的设定值。在选择主节点的时候，该值大的备用 节点会优先漂移为主节点
14    priority 100
15    ! 发送VRRP通告的间隔。单位是秒
16    advert_int 1
17
18    ! 集群授权密码
19    authentication {
20        auth_type PASS
21        auth_pass 123456
22    }
23
24    ! 这里是我们配置的VIP，可以配置多个，每个IP一行
25    virtual_ipaddress {
26         192.168.88.100/24
27    }
28}

两台 keepalived服务器均使用该配置文件，唯一的不同是 priority 的取值在两台服务器上是不同的，我们设置 keepalived 服务器的 priority=100，keepalived-backup 的 priority=99。

两台服务器设置不同的优先级之后，只要两台服务器都正常工作，则优先级高的为主服务器，优先级低的为备服务器。

配置完成后，重启 keepalived 服务

systemctl restart keepalived

然后，我们可以看到 keepalived 服务器绑定了VIP 192.168.88.100

keepalived 服务器

-w614

keepalived-backup服务器

-w615

我们验证一下主服务器挂掉之后，备份服务器是否能够正常接替工作，在 keepalived 服务器上，执行 systemctl stop keepalived 命令，停止keepalived服务，模拟服务器挂掉的情景，然后我们看到

keepalived 服务器

-w616

keepalived-backup服务器

-w632

VIP成功漂移到了备份服务器，在备份服务器的/var/log/message日志中，可以看到如下信息

-w858

重启 keepalived 服务器的Keepalived服务（systemctl start keepalived），模拟服务器恢复，我们可以看到VIP又重新漂移回了 keepalived 服务器（因为 keepalived 服务器设置的 priority 大于 keepalived-backup 服务器的设置）。查看 keepalived-backup 的日志，可以看到下面信息

-w1033

LVS实现负载均衡

在两台Keepalived服务器的配置文件 /etc/keepalived/keepalived.conf 中，追加以下配置

1virtual_server 192.168.88.100 80 {
2    ! 健康检查的时间间隔
3    delay_loop 6
4    ! 负载均衡算法
5    lb_algo wlc
6    ! LVS模式，支持NAT/DR/TUN模式
7    lb_kind DR
8    protocol TCP
9    nat_mask 255.255.255.0
10    
11    ! 真实Web服务器IP，端口
12    real_server 192.168.88.10 80 {
13        weight 3
14        ! Web服务健康检查
15        HTTP_GET {
16            url {
17                path /
18                status_code 200
19            }
20           connect_timeout 1
21        }
22    }
23    
24    ! 真实Web服务器IP，端口
25    real_server 192.168.88.11 80 {
26        weight 3
27        ! Web服务健康检查
28        HTTP_GET {
29            url {
30                path /
31                status_code 200
32            }
33           connect_timeout 1
34        }
35    }
36}

由于我们所有的服务器都在同一个子网中，因此无法使用NAT（Network Address Translation）模式，这里我们使用DSR（Direct Server Return）模式，使用DSR模式（配置时使用DR），需要web服务器将VIP绑定到自己的本地回环网卡上去，否则无法与web服务器通信。在 node-1 和 node-2 上，执行下面的命令

ip addr add 192.168.88.100/32 dev lo

这里绑定的VIP只在本次设置有效，服务器重启后需要再次执行，因此，可以通过下面的方法永久的添加该IP

在/etc/sysconfig/network-scripts目录下，创建ifcfg-lo:0文件
1DEVICE=lo:0
2IPADDR=192.168.88.100
3NETMASK=255.255.255.255
4ONBOOT=yes
5NAME=loopback
然后重启网络服务（systemctl restart network）让其生效即可

接下来，重启两台 keepalived 服务器的服务就可以生效了

systemctl restart keepalived

然后我们在客户端访问以下我们的web服务，这里我们就可以使用VIP来访问了

-w267

可以看到，请求被分配到了两台真实的web服务器。在 keepalived 服务器上执行 ipvsadm

-w565

如果此时node-1的服务挂了怎么办？我们来模拟一下，在node-1上面，我们停止web服务

systemctl stop openresty

等几秒之后（我们配置健康检查周期为6s）然后再来请求

-w270

在 keepalived 服务器上执行 ipvsadm

-w558

可以看到，有问题的 node-1 已经被剔除了。

扩展阅读

这里你可能会有两个疑问：

第一个是为什么无法使用NAT模式？

使用NAT模式，正常的流程应该是这样的，在NAT模式下，客户端（192.168.1.2）请求经过负载均衡器（192.168.88.100）后，负载均衡器会修改目的IP地址为真实的web服务器IP地址 192.168.88.10，这样web服务器收到请求后，发现目的IP地址是自己，就可以处理该请求了。响应报文发送给负载均衡器，负载均衡器修改响应报文的源IP地址为自身VIP，这样客户端收到响应后就能够正常处理了。

我们的客户端和服务器都在同一个子网下。处理完成后响应给客户端时，响应报文的源IP地址为 192.168.88.10，目的IP为 192.168.88.2，由于在同一个子网中，因此不会经过负载均衡器，而是直接将报文发送给了客户端。因此在响应报文中，源IP地址尚未经过修改直接发送给了客户端，导致无法正常完成通信。
第二个是为什么使用DSR模式必须将VIP绑定到web服务器的网卡上去？

在DSR模式下，发送给负载均衡器的报文没有经过任何修改就直接发送给了真实的web服务器，这时候目的IP地址是 VIP 192.168.88.100，Web服务器收到该请求之后，发现目的IP地址不是自己，会认为这个报文不是发送给自己的，无法处理该请求。也就是说，在使用DSR模式下，仅仅在负载均衡器上做配置是无法实现负载均衡的。因此最简单的方式就是将VIP绑定到真实服务器的回环接口上。之所以子网掩码时 255.255.255.255（或者**/32**），是让其广播地址是其自身，避免其发送ARP到该子网的广播域，防止负载均衡器上的VIP和Web服务器的IP冲突。

对于负载均衡算法，我们这里采用了wlc（加权最小连接调度）。其它调度算法如下（图来自《24小时365天不间断服务：服务器基础设施核心技术》一书）

总结

本文将会持续修正和更新，最新内容请参考我的 GITHUB 上的程序猿成长计划项目，欢迎 Star，更多精彩内容请 follow me。

通过本文，相信你已经可以搭建一套高可用的Web服务了，Keepalived还有很多配置选项等待大家自己去发掘，我们不仅可以实现Web服务的高可用，还可以用来实现一些基础服务组件的高可用，比如MySQL、Redis、RabbitMQ等，本文也只是抛砖引玉了。

参考文献

24小时365天不间断服务：服务器基础设施核心技术