实现基于Haproxy+Keepalived负载均衡高可用架构
Posted 大天使彦
tags:
篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了实现基于Haproxy+Keepalived负载均衡高可用架构相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
上上期我们实现了keepalived主从高可用集群网站架构，随着公司业务的发展，公司负载均衡服务已经实现四层负载均衡，但业务的复杂程度提升，公司要求把mobile手机站点作为单独的服务提供，不在和pc站点一起提供服务，此时需要做7层规则负载均衡，运维总监要求，能否用一种服务同既能实现七层负载均衡，又能实现四层负载均衡，并且性能高效，配置管理容易，而且还是开源。
四层和七层负载均衡的区别：
通过分析IP层及TCP/UDP层的流量实现的基于"IP+端口"的负载均衡。
可以根据内容，再配合负载均衡算法来选择后端服务器，不但可以根据"ip+端口"方式进行负载分流，还可以根据网站的URL，访问域名，浏览器类别，语言等决定负载均衡的策略。
七层负载均衡模式下，负载均衡与客户端及后端的服务器会分别建立一次TCP连接，而在四层负载均衡模式下(DR)，仅建立一次TCP连接；七层负载均衡对负载均衡设备的要求更高，处理能力也低于四层负载均衡。
场景说明
在企业生产环境中，每天会有很多的需求变更，比如增加服务器、新业务上线、url路由修改、域名配置等等，对于前端负载均衡设备来说，容易维护，复杂度低，是首选指标。在企业中，稳定压倒一切，与其搞得很复杂，经常出问题，不如做的简单和稳定。
在企业中，90%以上的故障，来源于需求变更。可能是程序bug，也可能是人为故障，也可能是架构设计问题等等。
前端负载均衡设备为重中之重，在软件选型上一定充分考虑，能满足业务的前提下，尽可能降低复杂度，提高易维护性。
2.模块讲解：
Haproxy是什么
HAProxy是一个使用C语言编写的自由及开放源代码软件，其提供高性能性、负载均衡，以及基于TCP和HTTP的应用程序代理。相较与 nginx，HAProxy 更专注与反向代理，因此它可以支持更多的选项，更精细的控制，更多的健康状态检测机制和负载均衡算法。
HAProxy特别适用于那些负载特大的web站点，这些站点通常又需要会话保持或七层处理。HAProxy运行在当前的硬件上，完全可以支持数以万计的并发连接。并且它的运行模式使得它可以很简单安全的整合进您当前的架构中， 同时可以保护你的web服务器不被暴露到网络上。
包括 GitHub、Bitbucket、Stack Overflow、Reddit、Tumblr、Twitter在内众多知名网站，及亚马逊网络服务系统都使用了HAProxy。
Haproxy的特性
4、路由HTTP请求到后端服务器,基于cookie作会话绑定；同时支持通过获取指定
5、HAProxy还拥有功能强大的ACL支持，可灵活配置路由功能，实现动静分离，
6、可支持四层和七层负载均衡，几乎能为所有常见的服务提供负载均衡功能
7、拥有功能强大的后端服务器的状态监控web页面，可以实时了解设备的运行状态，还可实现设备上下线等简单操作。
8、支持多种负载均衡调度算法，并且也支持session保持。
3.实战演练
实验：实现基于Haproxy+Keepalived负载均衡高可用架构
一、环境准备：
centos系统服务器4台、两台用于做haproxy主从架构，两台作为后端server，服务器配置好
yum源、防火墙关闭、各节点时钟服务同步、各节点之间可以通过主机名互相通信
|
机器名称 |
IP配置 |
服务角色 |
备注 |
|
haproxy-server-master |
VIP：172.17.253.100 DIP：172.17.253.132 |
负载均衡器 |
开启路由功能 配置keepalived |
|
haproxy-server-master |
VIP：172.17.253.100 DIP：172.17.252.162 |
负载均衡器 |
开启路由功能 配置keepalived |
|
rs1 |
RIP：172.17.251.236 |
后端服务器 |
网关指向DIP（桥接） |
|
rs2 |
RIP：172.17.251.237 |
后端服务器 |
网关指向DIP（桥接） |
二、安装步骤：
1、iptables -F && setenforing 清空防火墙策略，关闭selinux
2、拿两台服务器都使用yum方式安装haproxy、keepalived服务
三、修改配置文件:
1．修改/etc/keepalived/keepalived.conf配置文件内容
在haproxy-server-master上
vim /etc/keepalived/keepalived.conf
global_defs {
notification_email {
root@localhost
}
notification_email_from root@mingming.com
smtp_server 127.0.0.1
smtp_connect_timeout 30
router_id keepalived_lvs
}
vrrp_instance VI_1 {
state MASTER
interface ens33
virtual_router_id 55
priority 100
advert_int 1
authentication {
auth_type PASS
auth_pass mingming
}
virtual_ipaddress {
172.17.253.100
}
}
在haproxy-server-backup上
global_defs {
notification_email {
root@localhost
}
notification_email_from root@mingming.com
smtp_server 127.0.0.1
smtp_connect_timeout 30
router_id keepalived_lvs
}
vrrp_instance VI_1 {
state BACKUP
interface eth1
virtual_router_id 55
priority 98
advert_int 1
authentication {
auth_type PASS
auth_pass mingming
}
virtual_ipaddress {
172.17.253.100
}
}
2.修改主haproxy配置文件主要是listen，frontend和backend段
在haproxy-server-master上
listsen段
listen stats
bind 0.0.0.0:1080
stats enable
stats uri /haproxyadmin
stats auth admin:admin
stats admin if TRUE
frontend段
frontend web
bind *:80
default_backend lnmp-server
backend段
backend lnmp-server
balance roundrobin
option httpchk GET /index.html
server webserver1 172.17.251.236:80 check inter 3000 rise 3 fall 5
server webserver1 172.17.251.237:80 check inter 3000 rise 3 fall 5
在haproxy-server-backup上和在haproxy-server-master上haproxy配置文件的配置是一样的
然后在haproxy-server-master上和在haproxy-server-backup上都开启keepalived和haproxy服务，会发现vip漂移到haproxy-server-backup上（因为haproxy-server-master上keepalived的配置文件中优先级高），而且haproxy-server-master和haproxy-server-backup上haproxy服务都监听了1080端口和80端口
四，检验高可用效果
2.在haproxy-server-master上停掉keepalived服务，会发现vip漂移到haproxy-server-backup上，客户端依旧能够访问vip，访问小米网站，实现了高可用
3.关闭后端一台服务器的web服务，观察haproxy健康状态监测
Haproxy访问控制ACL应用
haproxy的ACL用于实现基于请求报文的首部、响应报文的内容或其它的环境状态信息来做出转发决策，这大大增强了其配置弹性。其配置法则通常分为两步，首先去定义ACL，即定义一个测试条件，而后在条件得到满足时执行某特定的动作，如阻止请求或转发至某特定的后端。
定义ACL的语法格式如下：
acl <aclname> <criterion> [flags] [operator] <value> ...
<aclname>：ACL名称，区分字符大小写，且其只能包含大小写字母、数字、-(连接线)、_(下划线)、.(点号)和:(冒号)；haproxy中，acl可以重名，这可以把多个测试条件定义为一个共同的acl；
<criterion>：测试标准，即对什么信息发起测试；测试方式可以由[flags]指定的标志进行调整；而有些测试标准也可以需要为其在<value>之前指定一个操作符[operator]；
[flags]：常见haproxy的acl支持的标志位有3个：
--：标志符的强制结束标记，在模式中的字符串像标记符时使用；
整数或整数范围：如1024:65535表示从1024至65535；仅支持使用正整数(如果出现类似小数的标识，其为通常为版本测试)，且支持使用的操作符有5个，分别为eq、ge、gt、le和lt；
字符串：支持使用"-i"以忽略字符大小写，支持使用"\\"进行转义；如果在模式首部出现了-i，可以在其之前使用"--"标志位；
同一个acl中可以指定多个测试条件，这些测试条件需要由逻辑操作符指定其关系。条件间的组合测试关系有三种："与"(默认即为与操作)、"或"(使用"||"操作符)以及"非"(使用"!"操作符)。
Haproxy进行安全加固
通过ACL限制用户请求速率
be_sess_rate(backend) <integer>
用于测试指定的backend上会话创建的速率(即每秒创建的会话数)是否满足指定的条件；常用于在指定backend上的会话速率过高时将用户请求转发至另外的backend，或用于阻止攻击行为。例如：
acl being_scanned be_sess_rate gt 100
redirect location /denied.html if being_scanned
通过ACL指定可访问的用户（定义到frontend段中）
在传输层获取样本，通常是TCP/IP 协议的IP和端口，以及建立连接速率等等。而且此部分样本通常用于
"tcp-request connection"指令中的规则之中。
tcp-request connection reject if !myhost myport
Haproxy实现动静分离功能（在frontend段中定义）
用于测试请求的URL是否以<string>指定的模式开头。下面的例子用于测试URL是否以/static、
/images、/javascript或/stylesheets头。
acl url_static path_beg -i /static /images /javascript /stylesheets
用于测试请求的URL是否以<string>指定的模式结尾。例如，下面的例子用户测试URL是否以jpg、gif、png、css或js结尾。
acl url_static path_end -i .jpg .gif .png .css .js
根据用户访问内容实现动静分离配置实例
acl url_static path_beg -i /static /images /javascript /stylesheets
acl url_static path_end -i .jpg .jpeg .gif .png .css .js
use_backend static_servers if url_static
default_backend dynamic_servers
server imgsrv1 172.16.200.7:80 check maxconn 6000
server imgsrv2 172.16.200.8:80 check maxconn 6000
server websrv1 172.16.200.7:80 check maxconn 1000
server websrv2 172.16.200.8:80 check maxconn 1000
Haproxy实现浏览器控制（在frontend段中定义）
hdr_reg <string>正则匹配请求内容，匹配后可做对应的操作
acl firefox hdr_reg(User-Agent) -i .*firefox.*
acl ie_useragent hdr_reg(User-Agent) -i .*ie.*
use_backend static_servers if ie_useragent
Haproxy实现真实日志记录
option forwardfor [ except <network> ] [ header <name> ] [ if-none ]
允许在发往服务器的请求首部中插入"X-Forwarded-For"首部。
<network>：可选参数，当指定时，源地址为匹配至此网络中的请求都禁用此功能。
<name>：可选参数，可使用一个自定义的首部，如"X-Client"来替代"X-Forwarded-For"。有些独特的web服务
if-none：仅在此首部不存在时才将其添加至请求报文问道中。
HAProxy工作于反向代理模式，其发往服务器的请求中的客户端IP均为HAProxy主机的地址而非真正客户端的地址，这会使得服务器端的日志信息记录不了真正的请求来源，"X-Forwarded-For"首部则可用于解决此问题。HAProxy可以向每个发往服务器的请求上添加此首部，并以客户端IP为其value。
需要注意的是，HAProxy工作于隧道模式，其仅检查每一个连接的第一个请求，因此，仅第一个请求报文被附加此首部。
option forwardfor except 127.0.0.1
Haproxy实现会话保持
一、源地址hash（用户IP识别）
Haroxy 将用户IP经过hash计算后 指定到固定的真实服务器上（类似于nginx 的IP hash 指令）。
server app-node1 10.31.1.179:80 check port 80 inter 3000 rise 3 fall 3
server app-node2 10.31.1.191:80 check port 80 inter 3000 rise 3 fall 3
server app-node3 10.31.0.35:80 check port 80 inter 3000 rise 3 fall 3
二、cookie 识别
haproxy 将WEB服务端返回给客户端的cookie中插入haproxy中特定的字符串(或添加前缀)在后端的服
cookie SERVERID insert indirect nocache
server app-node1 10.31.1.179:80 check port 80 cookie a inter 3000 rise 3 fall 3
server app-node2 10.31.1.191:80 check port 80 cookie b inter 3000 rise 3 fall 3
server app-node3 10.31.0.251:80 check port 80 cookie c inter 3000 rise 3 fall 3
在LB1上配置好HAProxy后，LB1将接受用户的所有请求。如果一个用户请求不包含任何cookie，那这个请求将被HAProxy转发到一台可用的WEB服务器。可能是webA,webB，webC。然后HAProxy将把处理这个请求的WEB服务器的cookie值插入到请求响应中。如SERVERID=A。当这个客户端再次访问并在HTTP请求头中带有SERVERID=A,HAProxy将会把它的请求直接转发给webA处理。在请求到达webA之前，cookie将被移除，webA将不会看到这个cookie。如果webA不可用，对应的请求将被转发到其他可用的WEB服务器，相应的cookie值也将被重新设置。
Haproxy性能优化参数
option redispatch：当server对应的服务器挂掉后，强制定向到其他健康的服务器
option dontlognull ：保证HAProxy不记录上级负载均衡发送过来的用于检测状态没有数据的心跳包。
retries 3 : //3次连接失败就认为服务器不可用，主要通过后面的check检查
maxconn 30000 : //代理时所能接受的最大并发连接数，应该要比后端主机的并发总和要小
好了，今天的内容就到这里，下期再见。
以上是关于实现基于Haproxy+Keepalived负载均衡高可用架构的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
HaProxy + Keepalived 实现高可用负载均衡
实现基于Haproxy+Keepalived负载均衡高可用架构