实现Keepalived高可用项目架构

Keepalived的作用是检测服务器的状态，如果有一台web服务器宕机，或工作出现故障，Keepalived将检测到，并将有故障的服务器从系统中剔除，同时使用其他服务器代替该服务器的工作，当服务器工作正常后 Keepalived自动将服务器加入到服务器群中，这些工作全部自动完成，不需要人工干涉，需要人工做的只是修复故障的服务器。

Keepalived基础

Keepalived基本概念和技术概括

高可用（High Availability ）高可用集群，英文原文为High Availability Cluster，简称HA Cluster，简单的说，集群（cluster）就是一组计算机，它们作为一个整体向用户提供一组网络资源。这些单个的计算机系统就是集群的节点（node）。高可用性集群（HA cluster）是指如单系统一样地运行并支持（计算机）持续正常运行的一个主机群。高可用集群的出现是为了使集群的整体服务尽可能可用，从而减少由计算机硬件和软件易错性所带来的损失。如果某个节点失效，它的备援节点将在几秒钟的时间内接管它的职责。因此，对于用户而言，集群永远不会停机。高可用集群软件的主要作用就是实现故障检查和业务切换的自动化。

高可用（High Availability ） HA(High Available), 高可用性群集是通过系统的可靠性(reliability)和可维护性(maintainability)来度量的。工程上，通常用平均无故障时间(MTTF) 来度量系统的可靠性,用平均维修时间（MTTR）来度量系统的可维护性。于是可用性被定义为：

HA=MTTF/(MTTF+MTTR)*100%

具体HA（可用性）衡量标准:

99% 一年宕机时间不超过4天

99.9% 一年宕机时间不超过10小时

99.99% 一年宕机时间不超过1小时

99.999% 一年宕机时间不超过6分钟

高可用工作方式：主从方式（非对称方式）、双机双工方式（互备互援）、集群工作方式（多服务器互备方式）

高可用的资源分类：网络高可用、服务器高可用、存储高可用、服务高可用等

开源高可用解决方案：

keepalived：通过实现vrrp协议来实现地址漂移；
heartbeat（开源社区项目），cman+rgmanager (RHCS: redhat cluster suite)；
corosync+pacemaker（大型解决方案，一个用于心跳检测，一个用于资源转移。两个结合起来使用，可以实现对高可用架构的自动管理。）

Keepalived的原理和配置

配置文件简单：配置文件比较简单，可通过简单配置实现高可用功能

稳定性强：keepalived是一个类似于layer3, 4 & 7交换机制的软件，具备我们平时说的第3层、第4层和第7层交换机的功能，常用于前端负载均衡器的高可用服务，当主服务器出现故障时，可快速进行切换，监测机制灵活，成功率高。

成本低廉：开源软件，可直接下载配置使用，没有额外费用。

应用范围广：因为keepalived可应用在多个层面，所以它几乎可以对所有应用做高可用，包括LVS、数据库、http服务、nginx负载均衡等等

支持多种类型：支持主从模式、主主模式高可用，可根据业务场景灵活选择。

Keepalived工作流程图

如上图，keepalived主要是模块是VRRP Stack和Cheackers，实现HA集群中失败切换（Failover)功能。

Keepalived通过VRRP功能能再结合LVS负载均衡软件即可部署一个高性能的负载均衡集群系统。Cheackers主要实现可实现对服务器运行状态检测和故障隔离。，其中ipvs和realserver健康状态检查通过配置文件配置就可以实现，而其他服务高可用则需要通过自己编写脚本，然后配置keepalived调用来实现。

Keepalived运行有3个守护进程。父进程主要负责读取配置文件初始化、监控2个子进程等；然后两个子进程，一个负责VRRP，另一个负责 Cheackers健康检查。其中父进程监控模块为WacthDog，工作实现：每个子进程打开一个接受unix域套接字，父进程连接到那些unix域套接字并向子进程发送周期性（5s）hello包。

上图是Keepalived的功能体系结构，大致分两层：用户空间（user space）和内核空间（kernel space）。内核空间：主要包括IPVS（IP虚拟服务器，用于实现网络服务的负载均衡）和NETLINK（提供高级路由及其他相关的网络功能）两个部份。

VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol，虚拟路由冗余协议） 可以认为是实现路由器高可用的协议，简单的说，当一个路由器故障时可以由另一个备份路由器继续提供相同的服务。 VRRP根据优先级来确定虚拟路由器中每台路由器的角色（Master路由器或Backup路由器）。VRRP优先级的取值范围为0到255（数值越大表明优先级越高），可配置的范围是1到254，优先级0为系统保留给路由器放弃 Master位置时候使用，255则是系统保留给IP地址拥有者使用。优先级越高，则越有可能成为Master路由器。当两台优先级相同的路由器同时竞争 Master时，比较接口IP地址大小。接口地址大者当选为Master。

Keepalived的应用场景

在网络层、数据链路层，运行着4个重要的协议：互联网协议IP、互联网控制报文协议 ICMP、地址转换协议ARP以及反向地址转换协议RARP。Keepalived在网络层采用的最常见的工作方式是通过ICMP协议向服务器集群中的那个节点发送一个ICMP数据包（类似于ping实现的功能），如果某个节点没有返回响应数据包，那么认为此节点发生了故障，Keepalived将报告次节点失效，并从服务器集群中剔除故障节点。在传输层，提供了两个主要的协议：传输控制协议TCP和用户数据协议UDP。传输控制协议TCP可以提供可靠的数据传输服务、Ip地址和端口代表TCP的一个连接端。要获得 TCP服务，需要在发送机的一个端口上和接收机的一个端口上建立连接，而Keepalived 在传输层就是利用TCP协议的端口连接和扫描技术来判断集群点是否正常的。比如，对于常见的WEB服务默认的80端口、SSH服务默认的22端口等，Keepalived一旦在传输层探测到这些端口没有响应数据返回，就认为这些端口发生异常，然后强制将此端口对应得节点从服务器集群组中移除。在应用层，可运行FTP、TELNET、HTTP、DNS等各种不同类型的高层协议， Keepalived的运行方式也更加全面化和复杂化，用户可以通过自定义Keepalived的工作方式；例如：用户可以通过编写程序来运行keepalived。而keepalived将根据用户的设定检测各种程序或服务是否运行正常，如果Keepalived的检测结果与用户设定不一致时，Keepalived将把对应的服务从服务器中移除。

Keepalived软件包组成

程序包：Keepalived可直接yum安装

/etc/keepalived/keepalived.conf #主配置文件

/etc/rc.d/init.d/keepalived #启动脚本

/etc/sysconfig/keepalived #启动时的添加参数

/usr/sbin/keepalived #启动程序

Keepalived配置文件讲解

global_defs { #全局配置
　　notification_email { #realserver故障时通知邮件的收件人地址，可 以多个
　　　　root@localhost
　　}
　　notification_email_from root_keepalived #发件人信息（可以随意伪装，因为邮件系统不会验证处理发件人信息）
　　smtp_server 127.0.0.1 #发邮件的服务器（一定不可为外部地址）
　　smtp_connect_timeout 30 #连接超时时间
　　router_id KEEPALIVED #路由器的标识（可以随便改动）
}  
vrrp_instance VI_1 {  #配置虚拟路由器的实例，VI_1是自定义的实例名称
　　state MASTER #初始状态，当state指定的instance的初始化状态，两台服务器都启动后，优先级高的成为MASTER， 这里的MASTER并不是表示此台服务器一直是MASTER
　　interface eth0 #通告选举所用端口
　　virtual_router_id 51 #虚拟路由的ID号（一般不可大于255）
　　priority 101 #优先级信息 #备节点必须更低
　　advert_int 1 #VRRP通告间隔，秒
　　authentication {
　　　　auth_type PASS #认证机制
　　　　auth_pass 5344 #密码（尽量使用随机）
　　　　}
　　nopreempt #非抢占模式（NOTE: For this to work, the initial state of this  entry must be BACKUP.）
virtual_server 192.168.18.240 80 { #设置一个virtual server:VIP:Vport
　　delay_loop 3 # service polling的delay时间，即服务轮询的时间间隔
　　lb_algo rr #LVS调度算法：rr|wrr|lc|wlc|lblc|sh|dh
　　lb_kind DR #LVS集群模式：NAT|DR|TUN
　　#persistence_timeout 120 #会话保持时间（持久连接，秒），即以用户在120秒内被分配到同一个后端
　　realserver nat_mask 255.255.255.255 protocol TCP #健康检查用的是TCP还是UDP

　　real_server 192.168.18.251 80 { #后端真实节点主机的权重等设置， 主要，后端有几台这里就要设置几个
　　　　weight 1 #给每台的权重，rr无效 #
　　　　inhibit_on_failure #表示在节点失败后，把他权重设置成0，而不是IPVS中删除
　　　　　　url {
　　　　　　　　path / status_code 200
　　　　　　}
　　　　TCP_CHECK {
　　　　　　connect_timeout 2 #连接超时时间
　　　　　　nb_get_retry 3 #重连次数
　　　　　　delay_before_retry 1 #重连间隔
　　　　}
　　}
}

Keepalived进阶

实现keepalived企业级高可用基于LVS-DR模式的应用实战

lvs-server-master VIP：172.18.64.7 DIP：172.18.64.100 开启路由功能配置,

keepalived lvs-server-backup VIP：172.18.64.107 DIP：172.18.64.100 开启路由功能配置

keepalived rs01 RIP：172.18.64.17 VIP:172.18.64.100

keepalived rs02 RIP：172.18.64.106 VIP:172.18.64.100

master和backup端只需配置配置文件和路由功能即可，rip端需要手动加lo：0的IP、广播、路由等（参见lvs）

实现keeaplived故障通知机制

在企业中，高可用服务，是保证整个系统稳定性的重要前提，确保高可用服务能正常工作和运转，也是非常重要的工作。除了服务上线前的充分测试之外，也需要确保对高可用服务的监控机制，keepalived自身具备监控和通知机制，可在发生主从切换、故障转移时，通过自定义命令或者脚本，实现通知功能，从而让管理员在第一时间得知系统运行状态，确保整个服务的稳定性和可用性。

可在配置文件中，在instance配置中，通过keepalived通知功能notify，可实现定制化脚本功能，如下所示：

notify_backup "/etc/keepalived/notify.sh

backup" notify_master "/etc/keepalived/notify.sh

master" notify_fault "/etc/keepalived/notify.sh fault"

实现keeaplived故障通知机制脚本:

#!/bin/bash
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
    exit 0
    ;;
backup)
    notify backup
    exit 0
    ;;
fault)
    notify fault
    exit 0
;;*)
echo "Usage: $(basename $0) {master|backup|fault}" exit 1
;;
esa

实现keeaplived自定义脚本功能

vrrp_script chk_down {
　　script “[[ -f /etc/keepalived/down ]] && exit 1 || exit 0 ”
　　interval 2 # check every 2  seconds
　　weight -5
　　}
track_script {
　　chk_down
}

在配置文件中，可实现以下配置，定义一个脚本，并在对应的实例中调用，也可以用于检测服务是否有异常，异常的话进行切换　　

vrrp_script chk_sshd {
　　script "killall -0 sshd" # cheaper than pidof
　　interval 2 # check every 2 seconds
　　weight -4 # default prio: -4 if KO
　　fall 2 # require 2 failures for KO
　　rise 2 # require 2 successes for OK
　　}
track_script {
　　chk_sshd
}

实现keepalived主主架构和主从模式基本相同，就是多加一对instance而已，且互为主从。

思考问题：

1、keepalived是做什么用的？

2、如何实现keepalived高可用功能？

3、keepalived的抢占模式和非抢占模式区别？

4、keepalived实现高可用是基于什么协议的？

5、如何写keepalived状态切换脚本？

6、keepalived如何实现基于lvs的高可用功能？

7、keepalived和heartbeat都可实现高可用，区别是什么？　　

posted @ 2017-11-23 22:33 黑夜繁星阅读(2099) 评论(0) 编辑收藏举报

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人定亦可胜天