搭建基于lvs+nginx的负载均衡服务集群

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1.基于四层七层的负载均衡

实现负载均衡的方式有很多，例如基于DNS的负载均衡、基于四层交换技术的负载均衡、基于七层交换技术的负载均衡，其中nginx大家不陌生，我们可以通过配置实现负载均衡，可是问题也很明显，如果nginx宕机了，那么如何进行负载？这个时候会想多来几台nginx，综合考虑，今天介绍一种基于四层七层交换技术的负载均衡，以虚拟ip来负载给我们多台nginx，再由nginx来实现负载均衡过程。本文采用CentOS 7.6作为操作系统示例。

2.nginx部署安装

2.1.环境准备

VMware创建2台虚拟机，XShell工具连接虚拟机进行操作，以下操作集群2台设备都需要完成：

1、静态分配ip，可自定：

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[root@localhost ~]# vi /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33

2、为机子安装环境，采用yum源安装，注意设置yum源：

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[root@localhost ~]# yum install -y gcc
[root@localhost ~]# yum install -y pcre pcre-devel
[root@localhost ~]# yum install -y zlib zlib-devel
[root@localhost ~]# yum install -y openssl openssl-devel

2.2.安装

下载“nginx-1.8.0.tar.gz”文件并解压：

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[root@localhost ~]# wget http://nginx.org/download/nginx-1.8.0.tar.gz
[root@localhost ~]# tar -zxvf nginx-1.8.0.tar.gz

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[root@localhost ~]# cd nginx-1.8.0/
[root@localhost nginx-1.8.0]#

通过configure进行安装：

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[root@localhost nginx-1.8.0]# ./configure 
--prefix=/usr/local/nginx 
--pid-path=/var/run/nginx/nginx.pid 
--lock-path=/var/lock/nginx.lock 
--error-log-path=/var/log/nginx/error.log 
--http-log-path=/var/log/nginx/access.log 
--with-http_gzip_static_module 
--http-client-body-temp-path=/var/temp/nginx/client 
--http-proxy-temp-path=/var/temp/nginx/proxy 
--http-fastcgi-temp-path=/var/temp/nginx/fastcgi 
--http-uwsgi-temp-path=/var/temp/nginx/uwsgi 
--http-scgi-temp-path=/var/temp/nginx/scgi

进行编译安装：

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[root@localhost nginx-1.8.0]# make
[root@localhost nginx-1.8.0]# make install

在/var/下创建temp目录和nginx目录：：

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[root@localhost /]# mkdir -p /var/temp/nginx/
[root@localhost nginx]# pwd
/var/temp/nginx
[root@localhost ~]# cd /var/run/
[root@localhost run]# mkdir nginx

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[root@localhost nginx]# pwd
/usr/local/nginx
[root@localhost nginx]# cd sbin/
[root@localhost sbin]# ./nginx 
# 64519是nginx主进程的进程id，64520是nginx工作进程的进程id
[root@localhost sbin]# ps aux|grep nginx
root      64519  0.0  0.0  24892   772 ?        Ss   09:36   0:00 nginx: master process ./nginx
nobody    64520  0.0  0.1  27404  1520 ?        S    09:36   0:00 nginx: worker process
root      64531  0.0  0.0 112808   964 pts/1    R    09:36   0:00 grep --color=auto nginx

注意：执行./nginx启动nginx，这里可以-c指定加载的nginx配置文件，如下： ./nginx -c /usr/local/nginx/conf/nginx.conf 如果不指定-c，nginx在启动时默认加载conf/nginx.conf文件，此文件的地址也可以在编译安装nginx时指定./configure的参数（--conf-path= 指向配置文件（nginx.conf））

3.lvs部署安装

3.1.环境准备

VMware创建1台虚拟机，XShell工具连接虚拟机进行操作：

1、配置ip：

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[root@localhost ~]# vi /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33

2、安装依赖，静等安装成功出现“Complete”即可：

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[root@localhost ~]# yum install -y gcc gcc-c   makepcre pcre-devel kernel-devel openssl-devel libnl-devel popt*

3.2.安装

LVS是Linux Virtual Server的简写，意即Linux虚拟服务器，是一个虚拟的服务器集群系统。本项目在1998年5月由章文嵩博士成立，是中国国内最早出现的自由软件项目之一。
centos6.5自带lvs，本系统采用centos7.6，检查linux内核是否集成lvs模块：：

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[root@localhost ~]# cat /etc/system-release
CentOS Linux release 7.9.2009 (Core)
# centos7已经没有集成modprobe的“-l”参数了
[root@localhost ~]# modprobe -l | grep ipvs
modprobe: invalid option -- 'l'
[root@localhost ~]# 
# 可以使用如下命令：
[root@localhost ~]#  find /lib/modules/$(uname -r)/ -iname "**.ko*" | cut -d/ -f5-
.........略..................
kernel/net/netfilter/ipvs/ip_vs.ko.xz
kernel/net/netfilter/ipvs/ip_vs_dh.ko.xz
kernel/net/netfilter/ipvs/ip_vs_ftp.ko.xz
kernel/net/netfilter/ipvs/ip_vs_lblc.ko.xz
kernel/net/netfilter/ipvs/ip_vs_lblcr.ko.xz
kernel/net/netfilter/ipvs/ip_vs_lc.ko.xz
kernel/net/netfilter/ipvs/ip_vs_nq.ko.xz
kernel/net/netfilter/ipvs/ip_vs_pe_sip.ko.xz
kernel/net/netfilter/ipvs/ip_vs_rr.ko.xz
kernel/net/netfilter/ipvs/ip_vs_sed.ko.xz
kernel/net/netfilter/ipvs/ip_vs_sh.ko.xz
kernel/net/netfilter/ipvs/ip_vs_wlc.ko.xz
kernel/net/netfilter/ipvs/ip_vs_wrr.ko.xz
.........略..................

拉取lvs的管理工具ipvsadm，并解压:

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[root@localhost ~]# cd /usr/local/
[root@localhost local]# wget http://www.linuxvirtualserver.org/software/kernel-2.6/ipvsadm-1.26.tar.gz
[root@localhost local]# tar zxvf ipvsadm-1.26.tar.gz

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[root@localhost local]# cd ipvsadm-1.26/
[root@localhost ipvsadm-1.26]# make
[root@localhost ipvsadm-1.26]# make install

验证是否安装成功：

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[root@localhost ipvsadm-1.26]# ipvsadm -h
ipvsadm v1.26 2008/5/15 (compiled with popt and IPVS v1.2.1)
Usage:
  ipvsadm -A|E -t|u|f service-address [-s scheduler] [-p [timeout]] [-M netmask] [--pe persistence_engine]
  ipvsadm -D -t|u|f service-address
  ipvsadm -C
  ipvsadm -R
  ipvsadm -S [-n]
.........略..................

4.lvs实现四层负载DR模式与Nginx七层进行整合

在lvs虚拟机的eth33(自己网卡名字)上绑定虚拟ip假设为：192.168.1.200：

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[root@localhost ~]# cd /etc/sysconfig/network-scripts
[root@localhost network-scripts]# cp ifcfg-ens33 ifcfg-ens33:0
[root@localhost network-scripts]# vi ifcfg-ens33:0
# 将以下配置拷贝进去
DEVICE="ens33:0"
BOOTPROTO="static"
ONBOOT="yes"
IPADDR=192.168.1.200
NETMASK=255.255.255.255
BROADCAST=192.168.1.200
# 刷新
[root@localhost network-scripts]# systemctl restart network

添加路由规则：

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[root@localhost network-scripts]# route add -host 192.168.1.200 dev ens33:0

启用系统的包转发功能，参数值为1时启用ip转发，为0时禁止ip转发：

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[root@localhost network-scripts]# echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/ip_forward

清除原有转发规则：

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[root@localhost network-scripts]# ipvsadm --clear

添加虚拟IP规则：
- -s rr表示采用轮询策略
- :80表示负载转发的端口是80

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[root@localhost network-scripts]# ipvsadm -A -t 192.168.1.200:80 -s rr

给虚拟IP中添加服务规则（1.13和1.14为两台nginx服务器）：

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[root@localhost network-scripts]# ipvsadm -a -t 192.168.1.200:80 -r 192.168.1.13:80 -g
[root@localhost network-scripts]# ipvsadm -a -t 192.168.1.200:80 -r 192.168.1.14:80 -g

在新加虚拟IP记录中添加两条新的Real Server记录，-g表示指定LVS 的工作模式为直接路由模式。lvs进行负载转发需要保证lvs负载的端口要和nginx服务的端口的一致，这里都为80
重启lvs

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[root@localhost network-scripts]# ipvsadm
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  localhost.localdomain:http rr
  -> 192.168.1.13:http          Route   1      0          0         
  -> 192.168.1.14:http          Route   1      0          0

在lvs的DR和TUn模式下，用户的访问请求到达真实服务器后，是直接返回给用户的，而不再经过前端的Director Server，因此，就需要在每个Real server节点上增加虚拟的VIP地址，这样数据才能直接返回给用户
回环设备（nginx）上绑定了一个虚拟IP地址：

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[root@localhost sbin]# cd /etc/sysconfig/network-scripts/

[root@localhost network-scripts]# cp ifcfg-lo ifcfg-lo:0
[root@localhost network-scripts]# vi ifcfg-lo:0

DEVICE=lo:0
IPADDR=192.168.1.200
BROADCAST=192.168.1.200
NETMASK=255.255.255.255
# If you're having problems with gated making 127.0.0.0/8 a martian,
# you can change this to something else (255.255.255.255, for example)
ONBOOT=yes
NAME=loopback

[root@localhost network-scripts]# systemctl restart network
[root@localhost sbin]# /sbin/route add -host 192.168.1.200 dev lo:0

关闭arp解析：
- arp_announce ：定义不同级别：当ARP请求通过某个端口进来是否利用这个接口来回应。 0 -利用本地的任何地址，不管配置在哪个接口上去响应ARP请求； 1 - 避免使用另外一个接口上的mac地址去响应ARP请求； 2 - 尽可能使用能够匹配到ARP请求的最佳地址。
- arp_ignore：当ARP请求发过来后发现自己正是请求的地址是否响应； 0 - 利用本地的任何地址，不管配置在哪个接口上去响应ARP请求； 1 - 哪个接口上接受ARP请求，就从哪个端口上回应。

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[root@localhost conf]# pwd
/proc/sys/net/ipv4/conf
[root@localhost conf]# echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore 
[root@localhost conf]# echo "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
[root@localhost conf]# echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
[root@localhost conf]# echo "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
 #使用修改生效
[root@localhost conf]# sysctl -p

验证，通过vip是否可以访问到两台nginx
还可以通过七层部署负载几台tomcat来测试：

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[root@localhost conf]# vi nginx.conf
# 配置如下
http {
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;
    sendfile        on;
    
  upstream tomcat_server_pool{
        server 192.168.1.20:8080 weight=10;
        server 192.168.1.21:8080 weight=10;
        }
        
    server {
        listen       80;
        server_name  localhost;
        location / {
            root   html;
            proxy_pass http://tomcat_server_pool;
            index  index.html index.htm;
        }
      
    }

验证效果，此时通过lvs即可对Tomcat进行访问了，不管哪一台Tomcat宕机，或哪一台nginx宕机，都不会影响访问。那么如果lvs所在的机器宕机了呢？入口没了就找不到nginx了，这个时候可以通过keepalived的心跳机制来实现lvs的主备操作，以此来检测主机是否还存活，如果宕机，备机就作为主机使用了，几台先讲到这，下次有机会继续说部署方案。

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