【网络架构】Keepalived + LVS(DR) + MariaDB 双主备实践

Keepalived + LVS(DR) + MariaDB 双主备实践

一、架构背景与核心诉求

这套架构旨在解决传统单节点或简单主从数据库的痛点，实现以下目标：

高可用（无间断服务） ：消除单点故障，故障自动切换，目标可用性 99.99%。
高性能（高并发承载）：突破单主写瓶颈（双主同时写），LVS统一分发读请求，消除负载不均。
数据可靠性（零丢失）：双主实时双向同步，任一节点故障数据不丢。
可扩展性：增加节点无需修改业务代码。

二、技术原理

1、MariaDB 主主复制原理：

实质是==双主双向同步==，即将两台服务器互为主从。

主库：将数据变更写入二进制日志（binlog）。
从库IO线程：连接主库，拉取binlog，写入本地中继日志（relay log）。
从库SQL线程：读取relay log并在本地执行，实现数据同步。
主主核心：先配置 db1→db2 的主从同步，再配置 db2→db1 的同步，双方即可互相同步数据。

2、LVS（DR模式）原理

工作层级 ：四层（传输层），基于IP和端口转发，性能极高。
DR模式（直接路由） ：
- 请求路径：客户端 → LVS → 后端数据库（Real Server）。
- 响应路径 ：后端数据库 → 客户端（直接返回，不经LVS）。
- 关键点 ：LVS和后端服务器需配置相同的虚拟IP（VIP），并抑制后端服务器对VIP的ARP响应。

3、Keepalived 原理

作用：为LVS提供高可用，解决LVS本身的单点故障。
机制：通过VRRP协议在主备LVS节点间虚拟出一台路由器。
工作方式：主节点拥有VIP，故障时备用节点在1~3秒内抢占VIP，接管流量，实现无感知切换。

三、环境准备

主机名	IP地址	服务器角色
client1	10.1.8.21/24	客户端（vmnet8网段）
client2	10.1.1.21/24	客户端（vmnet1网段）
ha1	10.1.8.13/24	LVS + Keepalived 主节点
ha2	10.1.8.14/24	LVS + Keepalived 备节点
db1	10.1.8.11/24	MariaDB 主库1（主主互备）
db2	10.1.8.12/24	MariaDB 主库2（主主互备）
router	10.1.8.20/24 10.1.1.20/24	路由器（转发跨网段流量）
VIP	10.1.8.100	集群对外服务虚拟IP

四、实践步骤

第一部分：环境基础配置

1、所有节点：设置主机名与IP

以ha1为例，其他节点类似，确保IP、网关正确。

bash 复制代码

hostnamectl set-hostname ha1.harvy.cloud
nmcli connection modify ens33 ipv4.method manual ipv4.addresses 10.1.8.13/24 ipv4.gateway 10.1.8.20 ipv4.dns 223.5.5.5 autoconnect yes
nmcli connection up ens33

2、路由转发

bash 复制代码

# 开启路由转发
echo "net.ipv4.ip_forward = 1" >> /etc/sysctl.conf
sysctl -p

# 配置防火墙伪装，使不同网段客户端能互访【不设置会影响client2的网络访问】
systemctl enable firewalld --now
firewall-cmd --set-default-zone=trusted
firewall-cmd --add-masquerade --permanent
firewall-cmd --reload

第二部分： MariaDB 主主复制配置

1、安装并初始化db1和db2

两台都要做

bash 复制代码

# 安装
yum install -y mariadb-server

# 开启二进制日志（主主复制必需）
vim /etc/my.cnf.d/server.cnf
[mysqld]
server-id=1        # db2上设为2，两者不能相同
log_bin=mysql-bin
relay_log=mysql-relay-bin

systemctl enable mariadb --now
mysql_secure_installation  # 按提示设置root密码，删除匿名用户等

2、配置db1 --> db2主从同步

在db1上（将此节点视为主库）创建复制账号：

bash 复制代码

mysql -uroot -p
grant replication slave, replication client on *.* to 'repl'@'10.1.8.12' identified by 'huawei';
flush privileges;
show master status;  -- 记住 File 和 Position 值，如 mysql-bin.000003, 327

在db2上（将此节点视为db1的从库）配置并启动同步：

bash 复制代码

mysql -uroot -p
change master to
  master_host='10.1.8.11',
  master_user='repl',
  master_password='huawei',
  master_port=3306,
  master_log_file='mysql-bin.000003',  -- 需与上面show master status结果一致
  master_log_pos=327,
  master_connect_retry=30;
start slave;
show slave status\G;  -- 确认 Slave_IO_Running 和 Slave_SQL_Running 均为 Yes

3、验证单向同步

在db上建库、表、插入数据，到db2上查询，确认数据已同步。

4、配置db2-->db1主从同步，实现主主互备

在db2上创建复制账号并查看状态：

bash 复制代码

-- 在db2上执行
grant replication slave, replication client on *.* to 'repl'@'10.1.8.11' identified by 'huawei';
flush privileges;
show master status;  -- 记下结果，用于db1的同步配置

在db1上配置并启动反向同步：

bash 复制代码

-- 在db1上执行
change master to master_host='10.1.8.12', master_user='repl', master_password='huawei', master_port=3306, master_log_file='[db2的binlog文件]', master_log_pos=[db2的pos值], master_connect_retry=30;
start slave;
show slave status\G; -- 确认双Yes

第三部分：LVS + Keepalived 负载均衡高可用配置

1、后端服务器配置（db1和db2均需操作）

配置VIP到本地回环口，并抑制ARP响应，这是DR模式的核心。

bash 复制代码

# 添加VIP到回环口（dummy接口）
nmcli connection add type dummy ifname dummy con-name dummy ipv4.method manual ipv4.addresses 10.1.8.100/32
nmcli connection up dummy

# 抑制对VIP的ARP解析
cat >> /etc/sysctl.conf << EOF
net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.dummy.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.dummy.arp_announce = 2
EOF
sysctl -p

2、配置主LVS+Keepalived（ha1）

bash 复制代码

yum install -y keepalived ipvsadm
cp /etc/keepalived/keepalived.conf{,.bak}
vim /etc/keepalived/keepalived.conf

配置文件内容：

tex 复制代码

global_defs {
    router_id ha1                    # 唯一标识
}
vrrp_instance db {                  # VRRP实例，与ha2保持一致
    state MASTER                    # 角色为MASTER
    interface ens33
    virtual_router_id 51            # 主备必须相同
    priority 110                    # 优先级高于备机，抢占VIP
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111        # 认证密码，主备一致
    }
    virtual_ipaddress {
        10.1.8.100/24               # 对外VIP
    }
}
virtual_server 10.1.8.100 3306 {    # LVS虚拟服务配置
    delay_loop 6
    lb_algo rr                      # 轮询算法
    lb_kind DR                      # 直接路由模式
    persistence_timeout 50          # 持久连接超时
    protocol TCP
    real_server 10.1.8.11 3306 {    # 后端db1
        weight 1
        TCP_CHECK {
            connect_timeout 3
            retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }
    real_server 10.1.8.12 3306 {    # 后端db2
        weight 1
        TCP_CHECK {
            connect_timeout 3
            retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }
}

bash 复制代码

# 启动keepalived服务
systemctl enable keepalived --now

3、 配置备LVS+Keepalived（ha2）

安装步骤与ha1完全相同，配置文件修改以下几项：

router_id ha2
state BACKUP
priority 100 (必须小于ha1的110)
其余配置（virtual_router_id, 密码, virtual_ipaddress, virtual_server）须与ha1完全一致。

五、测试验证

1、创建远程访问测试账号（任意一个DB节点执行，会自动同步）

bash 复制代码

mysql -uroot -p
grant ALL PRIVILEGES on *.* to 'harvy'@'%' identified by '123456';
FLUSH PRIVILEGES;

2、功能与高可用测试

基础连接测试 ：客户端执行 mysql -uharvy -p123456 -h 10.1.8.100，能成功连上并读写。
LVS负载均衡测试 ：停掉ha1的keepalived (systemctl stop keepalived)，检查VIP是否漂移到ha2 (ip a 查看)，客户端连接VIP不应中断。
DB故障转移测试 ：停掉db1的mariadb (systemctl stop mariadb)，客户端连接VIP应能自动路由到db2，业务无感知；重启db1后，show slave status\G 检查双向同步状态是否恢复正常。