借助LVS+Keepalived实现负载均衡

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当前大多数的互联网系统都使用了服务器集群技术，集群即 将相同服务部署在多台服务器上构成一个集群整体对外提供服务，这些集群可以是 Web 应用服务器集群，也可以是数据库服务器集群，还可以是分布式缓存服务器集群等等。

古人有云：当一头牛拉不动车的时候，不要去寻找一头更强壮的牛，而是用两头牛来拉车。

借助 LVS+Keepalived 实现负载均衡

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）。

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。

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。

LVS+Keepalived 实现四层负载及高可用 http://www.linuxidc.com/Linux/2015-02/112695.htm

LVS+Keepalived 高可用负载均衡集群架构实验 http://www.linuxidc.com/Linux/2015-01/112560.htm

Heartbeat+LVS 构建高可用负载均衡集群 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-09/106964.htm

搭建 LVS 负载均衡测试环境 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-09/106636.htm

Haproxy+Keepalived 搭建 Weblogic 高可用负载均衡集群 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-09/89732.htm

Keepalived+HAProxy 配置高可用负载均衡 http://www.linuxidc.com/Linux/2012-03/56748.htm

CentOS 6.3 下 Haproxy+Keepalived+Apache 配置笔记 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-06/85598.htm

Haproxy + KeepAlived 实现 WEB 群集 on CentOS 6 http://www.linuxidc.com/Linux/2012-03/55672.htm

Haproxy+Keepalived 构建高可用负载均衡 http://www.linuxidc.com/Linux/2012-03/55880.htm

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。

借助 LVS+Keepalived 实现负载均衡

（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

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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

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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。

更多详情见请继续阅读下一页的精彩内容：http://www.linuxidc.com/Linux/2015-02/113259p2.htm

借助 LVS+Keepalived 实现负载均衡

（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 192.168.80.200，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 192.168.80.100，备机为 192.168.80.101。Web 服务器 A 为 192.168.80.102，Web 服务器 B 为 192.168.80.103。

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)：

192.168.80.100 lvs-master

192.168.80.101 lvs-slave

#下面是本次试验的两个真实服务器节点

192.168.80.102 lvs-webserver1

192.168.80.103 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

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：这里上传一个静态网页，并通过更改其中的 html 来区别两台 Web 服务器，以下图所示为例，其中一台显示 from 192.168.80.102，而另一台显示 from 192.168.80.103；

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（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

SNS_VIP=192.168.80.200
/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：192.168.80.200

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

（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

global_defs {  
   notification_email {edisonchou@hotmail.com}  
   notification_email_from sns-lvs@gmail.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 MASTER   #指定 Keepalived 的角色，MASTER 为主，BACKUP 为备          
    interface eth1  #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 100  #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 {192.168.80.200  #定义虚拟 IP(VIP)为 192.168.2.33，可多设，每行一个
    }  
}  
# 定义对外提供服务的 LVS 的 VIP 以及 port
virtual_server 192.168.80.200 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 192.168.80.102 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 192.168.80.103 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  
        }  
     }  
}

（3）开启 keepalived 服务

service keepalived start

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

vrrp_instance VI_1 {  
    state BACKUP # 这里改为 BACKUP
    interface eth1  
    virtual_router_id 51  
    priority 99 # 这里改为 99，master 优先级是 100
    advert_int 1  
    authentication {  
        auth_type PASS  
        auth_pass 1111  
    }  
    virtual_ipaddress {192.168.80.200  
    }  
}

（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；

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（2）Web 服务器发生故障时：

①A 发生故障后，只从 B 获取服务；

这里模拟 192.168.80.102 发生故障，暂停其 http 服务：service httpd stop

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再来看看这时从外部访问 VIP 时，便会只从 192.168.80.103 获取网页：

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②A 故障修复后，又从 A 获取服务；

这里模拟 192.168.80.102 修复完成，重启其 http 服务：service httpd start

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再来看看这时从外部访问 VIP，又可以从 192.168.80.102 获取网页：

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（3）主负载均衡服务器发生故障时，备机立即充当主机角色提供请求转发服务：

这里模拟 192.168.80.100 发生故障，暂停其 keepalived 服务：service keepalived stop

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再来看看这时从外部访问 VIP，还是可以正常获取网页：

借助 LVS+Keepalived 实现负载均衡

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。