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HAproxy+Keepalived高性能业务架构解决方案

云计算 haproxy keepalived 负载均衡 2018/11/20

本文于1924天之前发表，文中内容可能已经过时。

一、概况

1.1 应用场景

Nginx/LVS/HAProxy的基于Linux的开源免费的负载均衡软件。对于大型的，需要进行高并发的网站或者对网络不太严格的场景，可以使用Nginx；对于大型的Web服务器的时候可以使用Haproxy；对性能有严格要求的时候可以使用LVS，就单纯从负载均衡的角度来说，LVS也许会成为主流，更适合现在大型的互联网公司。本文采用HAproxy+keepalived双主方案来解决业务架构高可用。

1.2 LVS/Nginx/HAProxy特点

名称 特点
LVS 1) 抗负载能力强、是工作在网络4层之上仅作分发之用，没有流量的产生，这个特点也决定了它在负载均衡软件里的性能最强的；2) 配置性比较低，这是一个缺点也是一个优点，因为没有可太多配置的东西，所以并不需要太多接触，大大减少了人为出错的几率；3) 工作稳定，自身有完整的双机热备方案，如LVS+Keepalived和LVS+Heartbeat，不过我们在项目实施中用得最多的还是LVS/DR+Keepalived；4) 无流量，保证了均衡器IO的性能不会收到大流量的影响；5) 应用范围比较广，可以对所有应用做负载均衡；6) 软件本身不支持正则处理，不能做动静分离，这个就比较遗憾了；其实现在许多网站在这方面都有较强的需求，这个是Nginx/HAProxy+Keepalived的优势所在。7) 如果是网站应用比较庞大的话，实施LVS/DR+Keepalived起来就比较复杂了，特别后面有Windows Server应用的机器的话，如果实施及配置还有维护过程就比较复杂了。
Nginx 1) 工作在网络的7层之上，可以针对http应用做一些分流的策略，比如针对域名、目录结构，它的正则规则比HAProxy更为强大和灵活，这也是许多朋友喜欢它的原因之一；2) Nginx对网络的依赖非常小，理论上能ping通就就能进行负载功能，这个也是它的优势所在；3) Nginx安装和配置比较简单，测试起来比较方便；4) 也可以承担高的负载压力且稳定，一般能支撑超过几万次的并发量；5) Nginx可以通过端口检测到服务器内部的故障，比如根据服务器处理网页返回的状态码、超时等等，并且会把返回错误的请求重新提交到另一个节点，不过其中缺点就是不支持url来检测；6) Nginx仅能支持http和Email，这样就在适用范围上面小很多，这个它的弱势；7) Nginx不仅仅是一款优秀的负载均衡器/反向代理软件，它同时也是功能强大的Web应用服务器。LNMP现在也是非常流行的web架构，大有和以前最流行的LAMP架构分庭抗争之势，在高流量的环境中也有很好的效果。8) Nginx现在作为Web反向加速缓存越来越成熟了，很多朋友都已在生产环境下投入生产了，而且反映效果不错，速度比传统的Squid服务器更快，有兴趣的朋友可以考虑用其作为反向代理加速器。
HAProxy 1) 支持两种代理模式：TCP（四层）和HTTP（七层）HAProxy是支持虚拟主机的。2) 能够补充Nginx的一些缺点比如Session的保持，Cookie的引导等工作3) 支持url检测后端的服务器出问题的检测会有很好的帮助。4) 它跟LVS一样，本身仅仅就只是一款负载均衡软件；单纯从效率上来讲HAProxy更会比Nginx有更出色的负载均衡速度，在并发处理上也是优于Nginx的。5) HAProxy可以对Mysql读进行负载均衡，对后端的MySQL节点进行检测和负载均衡，不过在后端的MySQL slaves数量超过10台时性能不如LVS，所以我向大家推荐LVS+Keepalived。6) HAProxy的算法现在也越来越多了，算法特别灵活

二、相关理论

2.1 Keepalived工作原理

keepalived：顾名思义是保持存活，常用来搭建设备的高可用，防止业务核心设备出现单点故障。keepalived基于VRRP协议来实现高可用，主要用作realserver的健康检查以及负载均衡主机和backup主机之间的故障漂移。如果将TCP/IP划分为5层，则Keepalived就是一个类似于3~5层交换机制的软件，具有3~5层交换功能，其主要作用是检测web服务器的状态，如果某台web服务器故障，Keepalived将检测到并将其从系统中剔除，当该web服务器工作正常后Keepalived自动将其加入到服务器群中，这些工作全部自动完成，而不需要人工干预，只需要人工修复故障的web服务器即可。

三层机理是发送ICMP数据包即PING给某台服务器，如果不通，则认为其故障，并从服务器群中剔除；四层机理是检测TCP端口号状态来判断某台服务器是否故障，如果检测端口存在异常，则从服务器群中剔除；五层机理是根据用户的设定检查某个服务器应用程序是否正常运行，如果不正常，则从服务器群中剔除。

2.2 HAproxy工作原理

反向代理服务器,支持双机热备支持虚拟主机,但其配置简单,拥有非常不错的服务器健康检查功能,当其代理的后端服务器出现故障, HAProxy会自动将该服务器摘除,故障恢复后再自动将该服务器加入

三、架构拓扑

wKiom1ij5hGQI0f7AAD1cvhiYEk727.png

四、资源规划

主机名称 内网IP 操作系统
HAproxy-1 10.10.10.2 Centos 6.5 64位
HAproxy-2 10.10.10.3 Centos 6.5 64位
WEB01（static） 10.10.10.11 Centos 6.5 64位
WEB02（static） 10.10.10.12 Centos 6.5 64位
WEB03（dynamic） 10.10.10.13 Centos 6.5 64位
WEB04（dynamic） 10.10.10.14 Centos 6.5 64位
VIP1 10.10.10.100 \
VIP1 10.10.10.101 \

五、实施部署

5.1初始化配置

l getenforce 0关闭SeLinux

l 修改主机名

l 防火墙开放22/80端口

l 测试网络连通性

l 更新YUM源

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mv /etc/yum.repos.d/CentOS-Base.repo /etc/yum.repos.d/CentOS-Base.repo.backup
wget -O /etc/yum.repos.d/CentOS-Base.repo http://mirrors.aliyun.com/repo/Centos-6.repo
yum makecache                               #生成缓存

5.2HAproxy配置

在master与backup上面同时配置

安装可采用yum直接安装，或下载tar包编译安装。

两台前端HAproxy配置一样

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vim /etc/haproxy/haproxy.cfg
global
    log         127.0.0.1 local2
    chroot      /var/lib/haproxy
    pidfile     /var/run/haproxy.pid
    maxconn     4000
    user        haproxy
    group       haproxy
    log         127.0.0.1 local2
    chroot      /var/lib/haproxy
    pidfile     /var/run/haproxy.pid
    maxconn     4000
    user        haproxy
    group       haproxy
    daemon
    stats socket /var/lib/haproxy/stats
defaults
    mode                    http                  #默认的模式mode { tcp|http|health }，tcp是4层，http是7层，health只会返回OK
    log                     global
    option                  httplog
    option                  dontlognull
    option http-server-close
    option forwardfor       except 127.0.0.0/8
    option                  redispatch # 当使用了cookie时，haproxy将会将其请求的后端服务器的serverID插入到
 cookie中，以保证会话的SESSION持久性；而此时，如果后端的服务器宕掉
了， 但是客户端的cookie是不会刷新的，如果设置此参数，将会将客户的请求强制定向到另外一个后端server上，以保证服务的正常。
    retries                 3                     # 定义连接后端服务器的失败重连次数
    timeout http-request    10s
    timeout queue           1m
    timeout connect         10s                   #连接超时
    timeout client          1m
    timeout server          1m
    timeout http-keep-alive 10s                   #设置http-keep-alive的超时时间
    timeout check           10s                   #检测超时时间
    stats  uri  /stats                            #haproxy 状态页面
    stats auth admin:admin                        #haproxy登陆验证用户名密码
    maxconn                 3000
    frontend  proxy *:80                          #监听地址为80
    acl url_static       path_beg       -i /static /images /javascript /stylesheets
    acl url_static       path_end       -i .jpg .gif .png .css .js .html    #定义静态访问规则
    acl dynamic_content  path_end      -i .php    #定义动态访问规则
    use_backend static          if url_static
    default_backend             dynamic
    backend static
    balance     roundrobin
    server     web01 10.10.10.11:80  check inter 2000 fall 3 weight 30     #后端静态web
    server     web02 10.10.10.12:80  check inter 2000 fall 3 weight 30     #每隔2000ms检查服务器80端口状态，连续失败次数3次，权重30
    backend dynamic                                #定义一个名为dynamic后端部分
    balance     roundrobin                         #负载均衡算法
    server     web03 10.10.10.13:80  check inter 2000 fall 3 weight 30     #后端动态web
    server      web04 10.10.10.14:80  check inter 2000 fall 3 weight 30

重启haproxy服务

访问测试，验证输入admin/admin

wKiom1ilU8vxbvQ8AAHnP6QOIrM129.png
wKioL1ilU8zxoB0rAAE8MhmSqY8619.png

5.3 Keepalived部署

5.3.1 Keepalived的安装

在master与backup上面均需要配置

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yum groupinstall "Development tools" -y                           #安装开发组环境工具
yum install openssl-devel popt-devel -y                           #安装相应软件包
ln -s /usr/src/kernels/2.6.32-642.1.1.el6.x86_64 /usr/src/linux   #此处要根据实际操作系统最高版本的kernel 为准
如果/usr/src/kernels/下面没文件使用yum 安装 kernel-devel
#下载keepalive
wget http://www.keepalived.org/software/keepalived-1.2.24.tar.gz
tar zxvf keepalived-1.2.24.tar.gz
cd keepalived-1.2.24
./configure --with-kernel-dir=/usr/src/kernels/2.6.32-642.1.1.el6.x86_64

(注意这个步骤要看到以下字样才是正常的)

Use IPVS Framework : Yes

IPVS sync daemon support : Yes

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make && make install
cp /usr/local/etc/rc.d/init.d/keepalived /etc/rc.d/init.d/
cp /usr/local/etc/sysconfig/keepalived /etc/sysconfig/
mkdir /etc/keepalived
cp /usr/local/etc/keepalived/keepalived.conf /etc/keepalived/
cp /usr/local/sbin/keepalived /usr/sbin/
chkconfig --add keepalived
chkconfig --level 2345 keepalived on
/etc/init.d/keepalived start

至此keepalive就已经安装完毕。

5.3.2 配置keepalived

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编辑HAproxy-A  keepalived.conf
! Configuration File for keepalived
global_defs {
   notification_email {
        xuel@51idc.com
   }
   notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc
   smtp_server 10.10.10.2
   smtp_connect_timeout 30
   router_id LVS_DEVEL
}
 
vrrp_script chk_haproxy {
        script "killall -0 haproxy"              #服务探测，返回0说明服务是正常的
        interval 1                               #每隔1秒探测一次
        weight 2                                 #haproxy上线，权重加2；下线，权重减2
}
 
vrrp_instance VI_1 {                             #双主实例1
    state MASTER                                 #HA-A(10.10.10.2)为主，HA-B（10.10.10.3）为备
    interface eth1                               #VIP配置网卡接口
    virtual_router_id 51                         #实例1的VRID为51
    priority 100                                 #主(10.10.10.2)的优先级为100，从的(10.10.10.3)优先级为99
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        10.10.10.100/24 dev eth1                 #实例1的VIP
    }
        track_interface {
                eth1
        }
 
track_script {                                   #脚本追踪
        chk_haproxy
    }
    notify_master "/etc/keepalived/notify.sh master"
    notify_backup "/etc/keepalived/notify.sh backup"
    notify_fault "/etc/keepalived/notify.sh fault"
}
 
vrrp_instance VI_2 {                             #双主实例2
    state BACKUP                                 #HA-A(10.10.10.2)为主，HA-B（10.10.10.3）为备
    interface eth1
    virtual_router_id 52                         #实例1的VRID为51
    garp_master_delay 1
    priority 99                                  #备(10.10.10.2)的优先级为99，主的(10.10.10.3)优先级为100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        10.10.10.101/24 dev eth1                 #实例2的VIP
    }
    track_interface {
        eth1
    }
    track_script {                               #脚本追踪
        chk_haproxy
    }
}

5.3.3 检测脚本

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cd /etc/keepalived
vim notify.sh
#!/bin/bash
vip=10.10.10.100
contact='root@localhost'
#notify() {
#    mailsubject="`hostname` to be $1: $vip floating"
#    mailbody="`date '+%F %H:%M:%S'`: vrrp transition, `hostname` changed to be $1"
#    echo $mailbody | mail -s "$mailsubject" $contact
#}
case "$1" in
    master)
#        notify master
        /etc/rc.d/init.d/haproxy start
        exit 0
    ;;
    backup)
#        notify backup
        /etc/rc.d/init.d/haproxy stop
        exit 0
    ;;
    fault)
#        notify fault
        /etc/rc.d/init.d/haproxy stop
        exit 0
    ;;
    *)
        echo 'Usage: `basename $0` {master|backup|fault}'
        exit 1
    ;;
esac
chmod +x /etc/keepalived/notify.sh

配置HAproxy-B的keepalived

编辑HAproxy-B keepalived.conf

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! Configuration File for keepalived
global_defs {
   notification_email {
        xuel@51idc.com
   }
   notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc
   smtp_server 10.10.10.2
   smtp_connect_timeout 30
   router_id LVS_DEVEL
}
 
vrrp_script chk_haproxy {
        script "killall -0 haproxy"        #服务探测，返回0说明服务是正常的
        interval 1                  #每隔1秒探测一次
        weight 2                   #haproxy上线，权重加2；下线，权重减2
}
 
vrrp_instance VI_1 {                    #双主实例1
    state BACKUP                     #HA-A(10.10.10.2)为备，HA-B（10.10.10.3）为主
    interface eth1                    #VIP配置接口
    virtual_router_id 51                 #实例1的VRID为51
    priority 99                     #主(10.10.10.2)的优先级为100，从的(10.10.10.3)优先级为99
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        10.10.10.100/24 dev eth1          #实例1的VIP
    }
        track_interface {
                eth1             #VIP网卡接口
        }
 
track_script {                        #脚本追踪
        chk_haproxy
    }
 
}
 
vrrp_instance VI_2 {                    #实例2的VIP
    state MASTER                     #HA-A(10.10.10.2)为备，HA-B（10.10.10.3）为主
    interface eth
    virtual_router_id 52                 #实例2的VRID为52
    garp_master_delay 1
    priority 100                     #备(10.10.10.2)的优先级为99，主的(10.10.10.3)优先级为100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        10.10.10.101/24 dev eth1
    }
    track_interface {
        eth1
    }
    track_script {                    #脚本追踪
        chk_haproxy
    }
    notify_master "/etc/keepalived/notify.sh master"
    notify_backup "/etc/keepalived/notify.sh backup"
    notify_fault "/etc/keepalived/notify.sh fault"
}

脚本文件与HA-A同样配置，脚本内容相同。

5.4 后端WEB服务器

安装开发组环境工具与相关软件包

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yum install -y pcre-devel openssl-devel
yum groupinstall "Development tools"
wget  http://nginx.org/download/nginx-1.11.5.tar.gz
tar zxvf nginx-1.11.5.tar.gz
cd nginx-1.11.5
./configure  
make && make install
/usr/local/nginx/sbin/nginx             #启动nginx

WEB01/WEB02为静态web

WEB01写入网页文件

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echo “This is web01-10.10.10.11 static test page!”>>/usr/local/nginx/html/index.html

WEB02写入网页文件

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echo “This is web02-10.10.10.12 static test page!”>>/usr/local/nginx/html/index.html

WEB03/WEB04为动态web，需要配置php

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yum remove php*        
rpm -Uvh http://mirror.webtatic.com/yum/el6/latest.rpm
yum install php70w*
/etc/init.d/php-fpm start                #启动php

WEB03写入网页文件

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echo “<?php
echo "This is web03-10.10.10.13 dynamic test page.";
phpinfo();
?>”>>/usr/local/nginx/html/index.php

WEB04写入网页文件

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echo “<?php
echo "This is web03-10.10.10.14 dynamic test page.";
phpinfo();
?>”>>/usr/local/nginx/html/index.html

WEB03/WEB04配置nginx加入php支持

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vim /usr/local/nginx/conf/nginx.conf
启用php注释
 location ~ \.php$ {
            root           html;
            fastcgi_pass   127.0.0.1:9000;
            fastcgi_index  index.php;
            fastcgi_param  SCRIPT_FILENAME  /usr/local/nginx/html$fastcgi_script_name;
            include        fastcgi_params;
        }
注意/usr/local/nginx/html为nginx网页文件存放路径，根据实际情况修改
/usr/local/nginx/sbin/nginx -s reload             #重启nginx

查看结果

wKioL1ilVwizGe2lAADpulpnlbk949.png
wKiom1ilVwmiufrdAADMzg7ZFCo933.png
wKioL1ilVwqypVHWAADTGrYWrns820.png
wKiom1ilVwridrp3AAEsuNxt8FY664.png

5.5 测试

5.5.1 负载均衡测试与动静分类

单独VIP：10.10.10.100，默认访问的后端动态web服务器，刷新浏览器，可以看到在后端WEB03/WEB04直接来回切换。

wKioL1ilVz6SfnMCAADTGrYWrns312.png
wKiom1ilVz-DZ7X4AAEsuNxt8FY027.png

指定访问静态页面，在WEB01/WEB02来回切换

wKiom1ilV8yDsyU4AADpulpnlbk251.png
wKioL1ilV8zQm3fNAADMzg7ZFCo115.png

访问VIP：10.10.10.101

wKioL1ilWACixkYVAADpulpnlbk569.png
wKiom1ilWADApHCjAADMzg7ZFCo850.png
wKioL1ilWAGj7lesAADTGrYWrns676.png
wKiom1ilWALiVuklAAEsuNxt8FY720.png

5.5.2 高可用测试

查看HAproxy-A的VIP

wKioL1ilWO6AcsRNAAOdHmWpUlg117.png

查看HAproxy-B的VIP

wKioL1ilWQKAuP7-AAOhvWB5APY507.png

停止HAproxy-A服务器之上的haproxy服务或停止服务器，测试VIP是否漂移到HAproxy-B

wKiom1ilWYTyCBRgAAPFFUycBfs721.png

此时VIP已经漂移到HAproxy-B上面

wKioL1ilWZ2SW-u_AAPUg74DZOs501.png

后端web已经正常对外提供服务。

wKiom1ilWcXC2clhAADpulpnlbk495.png
wKioL1ilWcXjKAMwAADMzg7ZFCo986.png
wKioL1ilWcbQ2WIEAADTGrYWrns951.png
wKiom1ilWcexQCZLAAEsuNxt8FY987.png

启动HAproxy之上的haproxy，VIP已经成功切回。

wKiom1ilWk-gAMwXAALbgZR7sno417.png

六、注意事项

6.1 安装注意事项

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ln -s /usr/src/kernels/2.6.32-642.1.1.el6.x86_64 /usr/src/linux   #此处要根据实际操作系统最高版本的kernel 为准
./configure --with-kernel-dir=/usr/src/kernels/2.6.32-642.1.1.el6.x86_64

6.2 将相关开机自启服务

开机自启服务

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chkconfig haproxy on
chkconfig keepalived on

haproxy 内部的状态页面与验证

stats uri /stats #haproxy 状态页面

stats auth admin:admin #haproxy登陆验证用户名密码

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