Linux的集群架构

原创
2019/06/01 00:05
阅读数 16

Linux集群概述:

 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

  keepalived是实现高可用的一种轻量级的技术手段,主要用来防止单点故障(单点故障是指一旦某一点出现故障就会导致整个系统架构的不可用)的发生。
  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keeplive搭建高可用:

准备两台机器128和129,128作为master,129作为backup
 两台机器都执行yum install -y keepalived
 两台机器都安装nginx,其中128上已经编译安装过nginx,129上需要yum安装nginx: yum install -y nginx
 设定vip为100
 编辑128上keepalived配置文件,参考https://coding.net/u/aminglinux/p/aminglinux-book/git/blob/master/D21Z/master_keepalived.conf

配置信息如下:cat /etc/keepalived/keepalived.conf

global_defs {
   notification_email {                   //发送邮件
     aming@aminglinux.com
   }
   notification_email_from root@aminglinux.com    //指定邮件的来源
   smtp_server 127.0.0.1
   smtp_connect_timeout 30
   router_id LVS_DEVEL
}

vrrp_script chk_nginx {     //检查服务是否健康,需要定义脚本
    script "/usr/local/sbin/check_ng.sh"
    interval 3   //间隔时间
}

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER    //master
    interface ens33            //网卡
    virtual_router_id 51      //路由器ID
    priority 100              //权重
    advert_int 1
    authentication {               //定义密码验证
        auth_type PASS
        auth_pass aminglinux>com
    }
    virtual_ipaddress {       //定义VIP
        192.168.88.100
    }

    track_script {
        chk_nginx             //加载脚本
    }

}

 

 128编辑监控脚本,参考https://coding.net/u/aminglinux/p/aminglinux-book/git/blob/master/D21Z/master_check_ng.sh

脚本如下:  cat  /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
        /etc/init.d/nginx start
        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 128启动服务

用keepalived配置高可用

 129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

global_defs {
   notification_email {
     aming@aminglinux.com
   }
   notification_email_from root@aminglinux.com
   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 ens33
    virtual_router_id 51
    priority 90
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass aminglinux>com
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.88.100
    }

    track_script {
        chk_nginx
    }

}

 

 129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

#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
 129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 //即是master宕机了,自动切换到slave从机器上(访问192.168.88.100就会到backup从机器上)
 测试4:启动master上的keepalived服务 //当启动master时候,即主恢复服务,vip会自动切换回到master机器上。

 

 

 

 

 

 

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:

 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的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的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模式的搭建:

三台机器
 分发器,也叫调度器(简写为dir)
 dir 内网:88.128,外网:72.129(vmware仅主机模式)
 rs1
 内网:88.129
 rs2
 内网:88.130

 三台机器
 分发器,也叫调度器(简写为dir)
 内网:88.128,外网:72.129(vmware仅主机模式)
 rs1
 内网:88.129,设置网关为88.128  (设置网关后,要重启网卡  systemctl restart network
 rs2
 内网:88.130,设置网关为88.128(设置网关后,要重启网卡  systemctl restart network
 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  (yum install -y iptables-services)


NAT模式的搭建:

 在dir(192.168.88.128)上安装ipvsadm
 yum install -y ipvsdam(在aming01安装这个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,两个网卡分别为ens33和ens32
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/ens33/send_redirects
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/ens32/send_redirects
# director 设置nat防火墙
iptables -t nat -F
iptables -t nat -X
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.88.0/24  -j MASQUERADE
# director设置ipvsadm
IPVSADM='/usr/sbin/ipvsadm'
$IPVSADM -C
$IPVSADM -A -t 192.168.72.129:80 -s wlc  rr       ##(-p 3)
$IPVSADM -a -t 192.168.72.129:80 -r 192.168.88.129:80 -m -w 1
$IPVSADM -a -t 192.168.72.129:80 -r 192.168.88.130:80 -m -w 1

 

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192.168.72.129,多访问几次看结果差异

小结:1、首先iptables的规则要保存对。 2. lvs_nat.sh的ip地址与主机信息要核对好。3、网关要设置好,然后重启.(否则curl的时候,只可以curl到设置了网关那一台机器,本人亲测只设置了aming02,然后curl 192.168.72.129的时候每次都是到aming02,curl链接到aming03的时候会超时)(适合小公司,10台机器左右的访问量)

 

 

 

 

 

 

 

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)
 88.128
 rs1
 88.129
 rs2
88.130
 vip
 88.200


DR模式的搭建:

 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=192.168.88.200
rs1=192.168.88.129
rs2=192.168.88.130
#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  rr
$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
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:

 

 

 

 

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)88.128
 rs1 88.129
 rs2 88.130
 vip 88.200

 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

如下:

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 ens33
    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 {
        192.168.88.200
    }
}
virtual_server 192.168.88.200  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 60
    #(用TCP协议检查realserver状态)
    protocol TCP

    real_server 192.168.88.129 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 192.168.88.130 80 {
        weight 100
        TCP_CHECK {
        connect_timeout 10
        nb_get_retry 3
        delay_before_retry 3
        connect_port 80
        }
     }
}

1.首先在dir(192.168.88.128)这台机器上编辑  vim /usr/local/sbin/lvs_dr.sh   增加如下内容:
#!/bin/bash
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
ipv=/usr/sbin/ipvsadm
vip=192.168.88.200
rs1=192.168.88.129
rs2=192.168.88.130
#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 rr
$ipv -a -t $vip:80 -r $rs1:80 -g -w 1
$ipv -a -t $vip:80 -r $rs2:80 -g -w 1

2. 然后在2台rs机器上编辑vim /usr/local/sbin/lvs_dr.sh   增加如下内容:

#/bin/bash
vip=192.168.88.200
#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

 


 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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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