linux集群架构

Linux集群架构

 

根据功能划分为两大类：高可用和负载均衡

高可用集群通常为两台服务器，一台工作，另外一台作为冗余，当提供服务的机器宕机，冗余将接替继续提供服务

实现高可用的开源软件有：heartbeat、keepalived

负载均衡集群，需要有一台服务器作为分发器，它负责把用户的请求分发给后端的服务器处理，在这个集群里，除了分发器外，就是给用户提供服务的服务器了，这些服务器数量至少为2

实现负载均衡的开源软件有LVS、keepalived、haproxy、nginx，商业的有F5、Netscaler

 

 

 

keepalived介绍

 

在这里我们使用keepalived来实现高可用集群，因为heartbeat在centos6上有一些问题，影响实验效果

  keepalived通过VRRP（Virtual Router Redundancy Protocl）来实现高可用。

在这个协议里会将多台功能相同的路由器组成一个小组，这个小组里会有1个master角色和N（N>=1）个backup角色。

master会通过组播的形式向各个backup发送VRRP协议的数据包，当backup收不到master发来的VRRP数据包时，就会认为master宕机了。此时就需要根据各个backup的优先级来决定谁成为新的mater。

Keepalived要有三个模块，分别是core、check和vrrp。其中core模块为keepalived的核心，负责主进程的启动、维护以及全局配置文件的加载和解析，check模块负责健康检查，vrrp模块是来实现VRRP协议的。

 

 

用keepalived配置高可用

 

 

准备两台机器130和132，130作为master，132作为backup

两台机器都执行yum install -y keepalived

两台机器都安装nginx，其中130上已经编译安装过nginx，132上需要yum安装nginx: yum install -y nginx

设定vip为100

编辑130上keepalived配置文件，内容从https://coding.net/u/aminglinux/p/aminglinux-book/git/blob/master/D21Z/master_keepalived.conf获取

 

> /etc/keepalived/keepalived.conf

[root@131 ~]# vim /etc/keepalived/keepalived.conf

 

global_defs {

notification_email {

[e-mail]

}

notification_email_from [e-mail]

smtp_server 127.0.0.1

smtp_connect_timeout 30

router_id LVS_DEVEL

}

vrrp_script chk_nginx {

script "/usr/local/sbin/check_ng.sh"

interval 3

}

vrrp_instance VI_1 {

state MASTER

interface eno16777736

virtual_router_id 51

priority 100

advert_int 1

authentication {

auth_type PASS

auth_pass aminglinux>com

}

virtual_ipaddress {

192.168.0.100

}

track_script {

chk_nginx

}

}

 

 

 

130编辑监控脚本，内容从https://coding.net/u/aminglinux/p/aminglinux-book/git/blob/master/D21Z/master_check_ng.sh获取

 

vim /usr/local/sbin/check_ng.sh

 

#!/bin/bash

#时间变量，用于记录日志

d=`date --date today +%Y%m%d_%H:%M:%S`

#计算nginx进程数量

n=`ps -C nginx --no-heading|wc -l`

#如果进程为0，则启动nginx，并且再次检测nginx进程数量，

#如果还为0，说明nginx无法启动，此时需要关闭keepalived

if [ $n -eq "0" ]; then

        systemctl start nginx

        n2=`ps -C nginx --no-heading|wc -l`

        if [ $n2 -eq "0"  ]; then

                echo "$d nginx down,keepalived will stop" >> /var/log/check_ng.log

                systemctl stop keepalived

        fi

fi

 

 

 

 

给脚本755权限

systemctl start  keepalived 130启动服务

 

测试：

 

[root@131 sbin]# systemctl stop nginx

[root@131 sbin]# ps aux|grep nginx

root     18517  0.0  0.0 112644   952 pts/0    R+   01:17   0:00 grep --color=auto nginx

[root@131 sbin]# ps aux|grep nginx

root     18518  0.0  0.1 122880  2100 ?        Ss   01:17   0:00 nginx: master process /usr/sbin/nginx

nginx    18519  0.0  0.1 123344  3120 ?        S    01:17   0:00 nginx: worker process

root     18524  0.0  0.0 112644   952 pts/0    R+   01:17   0:00 grep --color=auto nginx

 

主上 关闭 nginx服务后  会自动拉起 nginx 服务  

 

用keepalived配置高可用

 

132上编辑配置文件，内容从https://coding.net/u/aminglinux/p/aminglinux-book/git/blob/master/D21Z/backup_keepalived.conf获取

 

[root@132 ~]# > /etc/keepalived/keepalived.conf

[root@132 ~]# vim /etc/keepalived/keepalived.conf

 

 

global_defs {

   notification_email {

[e-mail]

   }

   notification_email_from [e-mail]

   smtp_server 127.0.0.1

   smtp_connect_timeout 30

   router_id LVS_DEVEL

}

vrrp_script chk_nginx {

    script "/usr/local/sbin/check_ng.sh"

    interval 3

}

vrrp_instance VI_1 {

    state BACKUP

    interface eno16777736

    virtual_router_id 51

    priority 90

    advert_int 1

    authentication {

        auth_type PASS

        auth_pass aminglinux>com

    }

    virtual_ipaddress {

        192.168.0.100

    }

    track_script {

        chk_nginx

    }

}

 

 

132上编辑监控脚本，内容从https://coding.net/u/aminglinux/p/aminglinux-book/git/blob/master/D21Z/backup_check_ng.sh获取

 

vim /usr/local/sbin/check_ng.sh

 

#时间变量，用于记录日志

d=`date --date today +%Y%m%d_%H:%M:%S`

#计算nginx进程数量

n=`ps -C nginx --no-heading|wc -l`

#如果进程为0，则启动nginx，并且再次检测nginx进程数量，

#如果还为0，说明nginx无法启动，此时需要关闭keepalived

if [ $n -eq "0" ]; then

        systemctl start nginx

        n2=`ps -C nginx --no-heading|wc -l`

        if [ $n2 -eq "0"  ]; then

                echo "$d nginx down,keepalived will stop" >> /var/log/check_ng.log

                systemctl stop keepalived

        fi

fi

 

 

给脚本755权限

132上也启动服务 systemctl start keepalived

 

 

 

 

测试高可用

 

先确定好两台机器上nginx差异，比如可以通过curl -I 来查看nginx版本

测试1：关闭master上的nginx服务

测试2：在master上增加iptabls规则

iptables -I OUTPUT -p vrrp -j DROP

测试3：关闭master上的keepalived服务

 

[root@131 html]# systemctl stop keepalived

[root@131 html]# ps aux|grep keep

root     30693  0.0  0.0 112644   952 pts/0    R+   02:57   0:00 grep --color=auto keep

[root@131 html]# curl 192.168.0.100

this is a slave site.

 

虚拟ip  192.168.0.100  出现在从上

 

[root@132 html]# ip addr

1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN

    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: eno16777736: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP qlen 1000

    link/ether 00:0c:29:2f:94:cf brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

    inet 192.168.0.132/24 brd 192.168.0.255 scope global eno16777736

       valid_lft forever preferred_lft forever

    inet 192.168.0.100/32 scope global eno16777736

       valid_lft forever preferred_lft forever

    inet6 fe80::20c:29ff:fe2f:94cf/64 scope link

       valid_lft forever preferred_lft forever

 

 

测试4：启动master上的keepalived服务

 

[root@131 html]# systemctl start keepalived

[root@131 html]# ip addr

1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN

    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: eno16777736: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP qlen 1000

    link/ether 00:0c:29:48:59:eb brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

    inet 192.168.0.131/24 brd 192.168.0.255 scope global eno16777736

       valid_lft forever preferred_lft forever

    inet 192.168.0.100/32 scope global eno16777736

       valid_lft forever preferred_lft forever

    inet6 fe80::20c:29ff:fe48:59eb/64 scope link

       valid_lft forever preferred_lft forever

[root@131 html]# curl 192.168.0.100

this is a master nginx site

 

主上重新启动 keepalived 服务后，虚拟 ip  192.168.0.100  又恢复到 主上面   

 

负载均衡集群介绍

 

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介绍

 

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 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

 

 

NAT模式搭建 – 准备工作

 

 

三台机器

分发器，也叫调度器（简写为dir）

内网：133.130，外网：147.144（vmware仅主机模式）

 

rs1

内网：133.132

 

rs2

内网：133.133

 

 

三台机器

分发器，也叫调度器（简写为dir）

内网：133.130，外网：142.147（vmware仅主机模式）

 

rs1

内网：133.132，设置网关为133.130

 

rs2

内网：133.133，设置网关为133.130

 

三台机器上都执行执行

systemctl stop firewalld; systemc disable firewalld

systemctl start  iptables-services; iptables -F; service iptables save

 

 

 

在dir上安装ipvsadm

yum install -y ipvsadm

在dir上编写脚本，vim /usr/local/sbin/lvs_nat.sh//内容如下

 

#! /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

# 注意区分网卡名字，阿铭的两个网卡分别为ens33和ens37

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 192.168.133.0/24  -j MASQUERADE

# director设置ipvsadm

IPVSADM='/usr/sbin/ipvsadm'

$IPVSADM -C

$IPVSADM -A -t 192.168.147.144:80 -s wlc -p 3

$IPVSADM -a -t 192.168.147.144:80 -r 192.168.133.132:80 -m -w 1

$IPVSADM -a -t 192.168.147.144:80 -r 192.168.133.133:80 -m -w 1

 

 

 

sh  /usr/local/sbin/lvs_nat.sh   执行下脚本

 

 

 

NAT模式效果测试

 

 

两台rs上都安装nginx

设置两台rs的主页，做一个区分，也就是说直接curl两台rs的ip时，得到不同的结果

浏览器里访问192.168.142.147，多访问几次看结果差异

 

[root@131 sbin]# sh lvs_nat.sh

[root@131 sbin]# ipvsadm -ln

IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)

Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags

  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn

TCP  192.168.142.128:80 rr

  -> 192.168.0.132:80             Masq    1      1          0         

  -> 192.168.0.133:80             Masq    1      0          1         

[root@131 sbin]# !curl

curl 192.168.142.128

this is 133  site

[root@131 sbin]# curl 192.168.142.128

this is a slave site.

[root@131 sbin]# curl 192.168.142.128

this is 133  site

[root@131 sbin]# curl 192.168.142.128

this is a slave site.

[root@131 sbin]# curl 192.168.142.128

this is 133  site

 

 

 

DR模式搭建 – 准备工作

 

 

三台机器

 

分发器，也叫调度器（简写为dir）

133.130

 

rs1

133.132

 

rs2

133.133

vip

133.200

 

 

DR模式搭建

 

 

dir上编写脚本 vim /usr/local/sbin/lvs_dr.sh //内容如下

 

#! /bin/bash

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

ipv=/usr/sbin/ipvsadm

vip=192.168.133.200

rs1=192.168.133.132

rs2=192.168.133.133

#注意这里的网卡名字

ifdown ens33

ifup ens33

ifconfig ens33:2 $vip broadcast $vip netmask 255.255.255.255 up

route add -host $vip dev ens33:2

$ipv -C

$ipv -A -t $vip:80 -s wrr

$ipv -a -t $vip:80 -r $rs1:80 -g -w 1

$ipv -a -t $vip:80 -r $rs2:80 -g -w 1

 

 

两台rs上也编写脚本 vim /usr/local/sbin/lvs_rs.sh//内容如下

 

#/bin/bash

vip=192.168.133.200

#把vip绑定在lo上，是为了实现rs直接把结果返回给客户端

ifdown lo

ifup lo

ifconfig lo:0 $vip broadcast $vip netmask 255.255.255.255 up

route add -host $vip lo:0

#以下操作为更改arp内核参数，目的是为了让rs顺利发送mac地址给客户端

#参考文档www.cnblogs.com/lgfeng/archive/2012/10/16/2726308.html

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

 

分别在dir上和两个rs上执行这些脚本

测试

 

再开启一台linux 服务器 用 curl来测试

 

 

[root@centos6 ~]# curl 192.168.0.200

this is 133  site

[root@centos6 ~]# curl 192.168.0.200

this is a slave site.

[root@centos6 ~]# curl 192.168.0.200

this is 133  site

[root@centos6 ~]# curl 192.168.0.200

this is a slave site.

[root@centos6 ~]# curl 192.168.0.200

this is 133  site

[root@centos6 ~]# curl 192.168.0.200

this is a slave site.

[root@centos6 ~]# curl 192.168.0.200

this is 133  site

 

 

 

Keepalived+LVS DR

 

 

完整架构需要两台服务器（角色为dir）分别安装keepalived软件，目的是实现高可用，但keepalived本身也有负载均衡的功能，所以本次实验可以只安装一台keepalived

keepalived内置了ipvsadm的功能，所以不需要再安装ipvsadm包，也不用编写和执行那个lvs_dir的脚本

三台机器分别为：

 

dir（安装keepalived）133.130

rs1 133.132

rs2 133.133

vip 133.200

 

 

 

编辑keepalived配置文件 vim /etc/keepalived/keepalived.conf//内容请到https://coding.net/u/aminglinux/p/aminglinux-book/git/blob/master/D21Z/lvs_keepalived.conf 获取

需要更改里面的ip信息

 

vrrp_instance VI_1 {

    #备用服务器上为 BACKUP

    state MASTER

    #绑定vip的网卡为ens33，你的网卡和阿铭的可能不一样，这里需要你改一下

    interface eno16777736

    virtual_router_id 51

    #备用服务器上为90

    priority 100

    advert_int 1

    authentication {

        auth_type PASS

        auth_pass aminglinux

    }

    virtual_ipaddress {

        192.168.0.200

    }

}

virtual_server 192.168.0.200 80 {

    #(每隔10秒查询realserver状态)

    delay_loop 10

    #(lvs 算法)

    lb_algo wlc

    #(DR模式)

    lb_kind DR

    #(同一IP的连接60秒内被分配到同一台realserver)

    persistence_timeout 0

    #(用TCP协议检查realserver状态)

    protocol TCP

    real_server 192.168.0.132 80 {

        #(权重)

        weight 100

        TCP_CHECK {

        #(10秒无响应超时)

        connect_timeout 10

        nb_get_retry 3

        delay_before_retry 3

        connect_port 80

        }

    }

    real_server 192.168.0.133 80 {

        weight 100

        TCP_CHECK {

        connect_timeout 10

        nb_get_retry 3

        delay_before_retry 3

        connect_port 80

        }

     }

}

 

 

 

执行ipvsadm -C  把之前的ipvsadm规则清空掉

systemctl restart network 可以把之前的vip清空掉

两台rs上，依然要执行/usr/local/sbin/lvs_rs.sh脚本

keepalived有一个比较好的功能，可以在一台rs宕机时，不再把请求转发过去

测试

 

[root@centos6 ~]# curl 192.168.0.200

this is 133  site

[root@centos6 ~]# curl 192.168.0.200

this is a slave site.

[root@centos6 ~]# curl 192.168.0.200

this is 133  site

[root@centos6 ~]# curl 192.168.0.200

this is a slave site.

 

 

若关闭 rs2   

测试：

[root@centos6 ~]# curl 192.168.0.200

this is a slave site.

[root@centos6 ~]# curl 192.168.0.200

this is a slave site.

[root@centos6 ~]# curl 192.168.0.200

this is a slave site.

[root@centos6 ~]# curl 192.168.0.200

this is a slave site.

[root@centos6 ~]# curl 192.168.0.200

this is a slave site.