LVS 和 Keepalived 介绍与实战操作演示

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一、LVS 概述

LVS是Linux Virtual Server的缩写，是一种基于Linux内核实现的高可用性、高性能的负载均衡技术。它可以将来自客户端的请求分发到多台服务器上，实现多台服务器的负载均衡，提高整个系统的性能和可用性。

LVS技术主要包括以下几个组件：

1. LVS调度器：负责接收客户端请求并将其分发到后端的真实服务器上，根据不同的负载均衡算法进行分发。
2. 真实服务器：处理来自调度器的请求并返回响应，提供实际的服务。
3. Keepalived：LVS的高可用组件，用于监控LVS调度器的状态并在发生故障时自动切换到备用调度器，以保证服务的高可用性。
4. IPVS：内核中实现LVS技术的模块，实现负载均衡算法和请求分发等功能。

LVS技术广泛应用于互联网服务、网络游戏、数据中心等领域，能够提高系统的性能和可用性，降低系统的维护成本。

二、LVS 基本操作

1）基本命令操作

1、添加规则

ipvsadm -A|E -t|u|f service-address [-s scheduler] [-p timeout] [-M netmast] [--pepersistence_engine] [-b sched-flags] 

2、删除规则

ipvsadm -D -t|u|f service-address 

3、清空定义的所有内容

ipvsadm -C 

4、重载

ipvsadm -R 

6、保存

ipvsadm -S [-n] 

7、增、改RS规则

ipvsadm -a|e -t|u|f service-address -r server-address [-g|i|m] [-w weight] 

8、删除RS规则

ipvsadm -d -t|u|f service-address -r server-address 

9、查看规则列表

ipvsadm -Ln|l [options] 　--numeric, -n: 以数字形式输出地址和端口号 　--exact: 扩展信息，精确值 　--stats: 统计信息 　--rate: 输出速率信息 

10、清空计数器

ipvsadm -Z [-t|u|f service-address] 

11、ipvs规则

/proc/net/ip_vs 

12、ipvs连接

/proc/net/ip_vs_conn 

2）保存及重载规则

1、保存

建议保存至 /etc/sysconfig/ipvsadm

ipvsadm-save -n > /PATH/TO/IPVSADM_FILE ipvsadm -Sn > /PATH/TO/IPVSADM_FILE systemctl stop ipvsadm.service 

2、重载

ipvsadm-restore < /PATH/TO/IPVSADM_FILE ipvsadm -R < /PATH/TO/IPVSADM_FILE systemctl restart ipvsadm.service 

三、LVS 四种模式实战操作讲解

1）NAT 模式

1、设计要点

• RIP与DIP在同一IP网络，RIP的网关要指向DIP
• 支持端口映射
• Director要打开核心转发功能

2、配置

1、管理集群服务：增，改，删

• 增、改

ipvsadm -A|E -t|u|f service-address [-s scheduler] [-p timeout] 

• 删除：

ipvsadm -D -t|u|f service-address 

• service-address:

-t|u|f: -t：TCP协议的端口，VIP：TCP_PORT -u：UDP协议的端口，VIP：UDP_PORT -f：firewall MARK，标记，一个数字 [-s scheduler]：指定集群的调度算法：默认为wlc 

2、管理集群上的RS：增、改、删

• 增、改：ipvsadm -a|e -t|u|f service-address -r server-address [-g|i|m] [-w weight]
• server-address:
  rip[:port] 如省略port，不作端口映射
• 选项：lvs类型：

-g：gateway, dr类型，默认 -i：ipip, tun类型 -m：masquerade，nat类型 -w weight：权重 

3、ipvs scheduler

• ipvs scheduler：根据其调度是否考虑各RS当前的负载状态
  两种：静态方法和动态方法
• 静态方法：仅根据算法本身进行调度

1、RR: roundrobin, 轮训 2、WRR: Weighted RR, 加权轮训 3、SH: Source Hashing, 实现session sticky, 源IP地址hash; 将来自同一个IP地址的请求始终发往第一次挑中的RS，从而实现会话绑定 4、DH: Destination Hashing; 目标地址哈希，将发往同一个目标地址的请求始终转发至第一次挑中的RS, 典型使用场景是正向代理缓存场景中的负载均衡，如：带宽运营商 

4、实验：实现NAT模式的LVS（必须原路返回）

ip_forward=1 route add default gw 192.168.0.201 # -t:tcp, -s wrr:加权 轮训 ipvsadm -A -t 172.20.0.200:80 -s wrr # -m: NAT模式；默认：DR模式，不支持映射到不同端口；-w：权重,默认是1 ipvsadm -a -t 172.20.0.200:80 -r 192.168.30.17:8080 -m -w 3 ipvsadm -a -t 172.20.0.200:80 -r 192.168.30.27:8080 -m 2.router：路由器配置 ip_forward=1 route add default gw 192.168.0.200 

2）DR 模式

1、DR模型中各主机上均需要配置VIP，解决地址冲突的方式有三种：

1. 在前端网关做静态绑定
2. 在各RS使用arptables
3. 在各RS修改内核参数，来限制arp响应和通告的级别

2、限制响应级别：arp_ignore

• 0：默认值，表示可使用本地任意接口上配置在任意地址响应
• 1：仅在请求目标IP配置在本地主机的接收到请求报文的接口上时，才给予响应

3、限制通告级别：arp_announce

• 0：默认值，把本机所有接口的所有信息向每个接口的网络进行通知
• 1：尽量避免将接口信息向非直接连接网络进行通知
• 2：必须避免将接口信息向非网络进行通告

4、实验：实现DR模式的LVS（不原路返回）

• 步骤一：准备3台虚拟机
• 步骤二：先配置3台虚拟机的网络

eth0 配置在一个网段 DIP,RIP配置在一个网段 

• 步骤三：配置lvs的VIP

ifconfig ens33:0 192.168.182.100/24 echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward 

• 步骤四（RS）：调整RS的响应，通告级别（每一台RS都配）

echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/ens33/arp_ignore echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/ens33/arp_announce echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce

• 步骤五：在RS上配置VIP

ifconfig lo:8 192.168.182.100 netmask 255.255.255.255 

• 步骤六：启动RS上的httpd服务

yum install httpd -ycd /var/www/htmlvi index.htmlservice httpd start客户端验证：RIP:80能显示VIP:80不能显示

• 步骤七：安装 LVS—ipvsadm

yum install ipvsadm -y # -t:tcp, -s rr:轮训 ipvsadm -A -t 192.168.182.100:80 -s rr # -m: NAT模式；默认：DR模式，不支持映射到不同端口；-w：权重,默认是1；-g：DR模型，-m：NET模型 ipvsadm -a -t 192.168.182.128:80 -r 192.168.182.129 -g ipvsadm -a -t 192.168.182.128:80 -r 192.168.182.130 -g ipvsadm -ln # 浏览器刷新：访问vip ipvsadm -lnc netstat -natp 

3）TUN模式

4）FULL-NAT模式

四、Keepalived + LVS 实战操作

Keepalived 是一个用于 Linux 平台的高可用性软件。它实现了虚拟路由器冗余协议 (VRRP) 和健康检查功能，可以用于确保在多台服务器之间提供服务的高可用性。Keepalived 可以检测服务器的故障，并在主服务器宕机时，自动将备份服务器提升为主服务器，确保服务的持续性和可用性。

Keepalived 可以在主备服务器之间动态分配虚拟 IP 地址，使客户端能够在主备服务器之间无缝切换，提高服务的可用性。此外，Keepalived 还支持基于文本文件的配置和基于 SNMP 的监控。它可以与常用的负载均衡器配合使用，如 HAProxy、Nginx 等。

总的来说，Keepalived 是一个功能强大的工具，可用于提供高可用性服务。它是一个免费的开源软件，广泛应用于企业和个人服务器环境中。

架构图如下：

1） keepalived 安装以及基本操作

# 安装 yum install keepalived -y # 启动 service keepalived start # 配置文件位置 /etc/keepalived/keepalived.conf # 查看日志 tail -f /var/log/message 

2）具体配置步骤

• 【步骤一】至少准备四台虚拟机
• 【步骤二】调整RS的响应，通告级别（每一台RS都配）

echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/ens33/arp_ignore echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/ens33/arp_announce echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce 

• 步骤三：在RS上配置VIP，切记(DR模式)不要忘了在RS配置VIP,要不然数据包会被丢弃

ifconfig lo:8 192.168.182.100 netmask 255.255.255.255 

• 步骤四：在RS安装启动httpd服务

yum install httpd -ycd /var/www/htmlecho "from ooxxip" > index.htmlservice httpd start

• 步骤五：给两台keepalived机子安装keepalived（一主一备）

yum -y install keepalived yum -y install ipvsadm 

• 步骤六：配置keepalived配置文件

主节点配置：

# /etc/keepalived/keepalived.conf ! Configuration File for keepalived global_defs { notification_email { acassen@firewall.loc failover@firewall.loc sysadmin@firewall.loc } notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc smtp_server 192.168.200.1 smtp_connect_timeout 30 router_id LVS_DEVEL vrrp_skip_check_adv_addr # vrrp_strict 如果还是访问不了VIP，可以把这行注释掉 vrrp_garp_interval 0 vrrp_gna_interval 0 } vrrp_instance VI_1 { # 主 state MASTER # 备 # state BACKUP interface ens33 virtual_router_id 51 # 主 priority 100 # 备 # priority 50 advert_int 1 authentication { auth_type PASS auth_pass 1111 } virtual_ipaddress { 192.168.182.100/32 dev ens33 label ens33:7 } } virtual_server 192.168.182.100 80 { delay_loop 6 lb_algo rr lb_kind DR　　　　　nat_mask 255.255.255.0 persistence_timeout 0 protocol TCP real_server 192.168.182.130 80 { weight 1 HTTP_GET { url { path / status_code 200 } connect_timeout 3 nb_get_retry 3 delay_before_retry 3 } } real_server 192.168.182.131 80 { weight 1 HTTP_GET { url { path / status_code 200 } connect_timeout 3 nb_get_retry 3 delay_before_retry 3 } } } 

从节点配置：

# 复制一份修改好的配置到从主机，修改 1、state BACKUP，2、priority 50 cd /etc/keepalived/ && scp ./keepalived.conf root@192.168.182.129:`pwd` # 启动 /bin/systemctl start keepalived.service # RS切记关闭防火墙，如果web也访问不了，lvs也可以关闭防火墙试试 systemctl stop firewalld # 查看是否配置了VIP #查看是否配置了规则 # 主未挂，备则会自动配置规则,但是不会配置VIP，保证只有一个VIP对外提供服务 # 一旦主挂了，则备接管（测试，down掉主网卡：ifconfig ens33 down） 

缺点：脑裂问题

【分析原因】：keepalived自身不是高可用，主进程可能会被杀死，但是进程杀死后，没有回收VIP，导致主keepalived无法广播，备keepalived得不到主的广播信号，导致备也会配上VIP，使得主备都有VIP，最后CIP访问VIP的三次握手可能会被打散到主备keepalived上，无法建立连接，导致无法访问。

【解决方案】：

1. 写一个自动脚本，定时巡检主keepalived进程是否还存活，如果被杀死，则重启主keepalived服务
2. 换用更高级的高可用技术（zookeeper），后续会有zookeeper相应的文章

最后附上keepalived配置文件说明：

! Configuration File for keepalived global_defs { #全局定义部分 notification_email { #设置报警邮件地址，可设置多个 acassen@firewall.loc #接收通知的邮件地址 } notification_email_from test0@163.com #设置 发送邮件通知的地址 smtp_server smtp.163.com #设置 smtp server 地址，可是ip或域名.可选端口号 （默认25） smtp_connect_timeout 30 #设置 连接 smtp server的超时时间 router_id LVS_DEVEL #主机标识，用于邮件通知 vrrp_skip_check_adv_addr vrrp_strict #严格执行VRRP协议规范，此模式不支持节点单播 vrrp_garp_interval 0 vrrp_gna_interval 0 script_user keepalived_script #指定运行脚本的用户名和组。默认使用用户的默认组。如未指定，默认为keepalived_script 用户，如无此用户，则使用root enable_script_security #如过路径为非root可写，不要配置脚本为root用户执行。 } vrrp_script chk_nginx_service { #VRRP 脚本声明 script "/etc/keepalived/chk_nginx.sh" #周期性执行的脚本 interval 3 #运行脚本的间隔时间，秒 weight -20 #权重，priority值减去此值要小于备服务的priority值 fall 3 #检测几次失败才为失败，整数 rise 2 #检测几次状态为正常的，才确认正常，整数 user keepalived_script #执行脚本的用户或组 } vrrp_instance VI_1 { #vrrp 实例部分定义，VI_1自定义名称 state MASTER #指定 keepalived 的角色，必须大写 可选值：MASTER|BACKUP interface ens33 #网卡设置，lvs需要绑定在网卡上，realserver绑定在回环口。区别：lvs对访问为外，realserver为内不易暴露本机信息 virtual_router_id 51 #虚拟路由标识，是一个数字，同一个vrrp 实例使用唯一的标识，MASTER和BACKUP 的 同一个 vrrp_instance 下 这个标识必须保持一致 priority 100 #定义优先级，数字越大，优先级越高。 advert_int 1 #设定 MASTER 与 BACKUP 负载均衡之间同步检查的时间间隔，单位为秒，两个节点设置必须一样 authentication { #设置验证类型和密码，两个节点必须一致 auth_type PASS auth_pass 1111 } virtual_ipaddress { #设置虚拟IP地址，可以设置多个虚拟IP地址，每行一个 192.168.119.130 } track_script { #脚本监控状态 chk_nginx_service #可加权重，但会覆盖声明的脚本权重值。chk_nginx_service weight -20 } notify_master "/etc/keepalived/start_haproxy.sh start" #当前节点成为master时，通知脚本执行任务 notify_backup "/etc/keepalived/start_haproxy.sh stop" #当前节点成为backup时，通知脚本执行任务 notify_fault "/etc/keepalived/start_haproxy.sh stop" #当当前节点出现故障，执行的任务; } virtual_server 192.168.119.130 80 { #定义RealServer对应的VIP及服务端口，IP和端口之间用空格隔开 delay_loop 6 #每隔6秒查询realserver状态 lb_algo rr #后端调试算法（load balancing algorithm） lb_kind DR #LVS调度类型NAT/DR/TUN #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 192.168.119.120 80 { weight 1 #权重，最大越高，lvs就越优先访问 TCP_CHECK { #keepalived的健康检查方式HTTP_GET | SSL_GET | TCP_CHECK | SMTP_CHECK | MISC connect_timeout 10 #10秒无响应超时 retry 3 #重连次数3次 delay_before_retry 3 #重连间隔时间 connect_port 80 #健康检查realserver的端口 } } real_server 192.168.119.121 80 { weight 1 #权重，最大越高，lvs就越优先访问 TCP_CHECK { #keepalived的健康检查方式HTTP_GET | SSL_GET | TCP_CHECK | SMTP_CHECK | MISC connect_timeout 10 #10秒无响应超时 retry 3 #重连次数3次 delay_before_retry 3 #重连间隔时间 connect_port 80 #健康检查realserver的端口 } } } vrrp_instance VI_2 { #vrrp 实例部分定义，VI_1自定义名称 state BACKUP #指定 keepalived 的角色，必须大写 可选值：MASTER|BACKUP 分别表示（主|备） interface ens33 #网卡设置，绑定vip的子接口，lvs需要绑定在网卡上，realserver绑定在回环口。区别：lvs对访问为外，realserver为内不易暴露本机信息 virtual_router_id 52 #虚拟路由标识，是一个数字，同一个vrrp 实例使用唯一的标识，MASTER和BACKUP 的 同一个 vrrp_instance 下 这个标识必须保持一致 priority 90 #定义优先级，数字越大，优先级越高。 advert_int 1 #设定 MASTER 与 BACKUP 负载均衡之间同步检查的时间间隔，单位为秒，两个节点设置必须一样 authentication { #设置验证类型和密码，两个节点必须一致 auth_type PASS auth_pass 1111 } virtual_ipaddress { #设置虚拟IP地址，可以设置多个虚拟IP地址，每行一个 192.168.119.131 } } virtual_server 192.168.119.131 80 { #定义RealServer对应的VIP及服务端口，IP和端口之间用空格隔开 delay_loop 6 #每隔6秒查询realserver状态 lb_algo rr #后端调试算法（load balancing algorithm） lb_kind DR #LVS调度类型NAT/DR/TUN #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 192.168.119.120 80 { weight 1 #权重，最大越高，lvs就越优先访问 TCP_CHECK { #keepalived的健康检查方式HTTP_GET | SSL_GET | TCP_CHECK | SMTP_CHECK | MISC connect_timeout 10 #10秒无响应超时 retry 3 #重连次数3次 delay_before_retry 3 #重连间隔时间 connect_port 80 #健康检查realserver的端口 } } real_server 192.168.119.121 80 { weight 1 #权重，最大越高，lvs就越优先访问 TCP_CHECK { #keepalived的健康检查方式HTTP_GET | SSL_GET | TCP_CHECK | SMTP_CHECK | MISC connect_timeout 10 #10秒无响应超时 retry 3 #重连次数3次 delay_before_retry 3 #重连间隔时间 connect_port 80 #健康检查realserver的端口 } } } 

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