【高可用】keepalived的试用与学习笔记

版本	日期	修订人	描述
V1.0	2025/2/23	nick huang	创建文档

背景

最近，预研给现有的Nginx单点实例添加故障转移的功能，以备单实例故障时无法快速恢复。
本文记录Keepalived的学习笔记，供自己或同学日后参考。

Keepalived

Keepalived是一个开源的高可用性解决方法，主要用于在Linux中实现服务的故障检测、自动故障转移和负载均衡。

Tips
从他的名称就能了解他的作用：keep alived —— 保持活跃

Tips
高可用（High Availability，HA），是指通过设计和技术手段，使系统或服务在面对硬件故障、网络故障、软件故障等潜在风险时，仍能持续稳定地提供服务的能力。
高可用不是单一的技术，而是架构设计、工程实现等的综合实现。
Keepalived是构建高可用集群的工具之一，通过VRRP协议和健康检查机制，简化服务冗余的实现。

VRRP协议（虚拟路由冗余协议）

Keepalived是基于VRRP协议的实现工具。VRRP协议定义了主备节点和故障切换的标准流程。

VRRP的背景：
在VRRP出现之前，局域网依赖单一物理设备作为默认网关，这种设计存在单点故障风险。
在90年代，IETF开始制定统一的网关冗余标准，通过VRRP解决上述问题。
VRRP作用：允许多台网关冗余协同工作，通过故障检测和切换手段在秒级通过虚拟IP完成切换，主机难以感知到网关变化。

安装

笔者使用的时CentOS，方便起见，用的是yum安装。

## yum命令
yum -y install keepalived

## 查看安装后的路径和文件
# rpm -ql keepalived

简单的HelloWorld场景运行一下

1、我们先搭建好Nginx，Nginx的过程省略。
现在以下地址，应该能访问Nginx的默认静态资源：%nginx_hone%/html/index.html

http://服务器1的IP

2、备份好主可配置文件
Keepalived的主配置文件为：/etc/keepalived/keepalived.conf
我们后面需要修改此文件，修改前备份一下呗：

cp /etc/keepalived/keepalived.conf  /etc/keepalived/keepalived.conf.bak.origin

3、编辑主配置文件

vi /etc/keepalived/keepalived.conf

配置文件内容，实际可以了解各配置的作用并做调整或增删：

! Configuration File for keepalived

global_defs {
   router_id NGINX_HA
   vrrp_skip_check_adv_addr
   vrrp_strict
   vrrp_garp_interval 0
   vrrp_gna_interval 0
}

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface enp0s3
    virtual_router_id 66
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 你的密码
    }
    virtual_ipaddress {
        你的虚拟IP
    }
}

对于上述的配置的作用，做了一些简单地整理：

global_defs { # 全局定义
   notification_email { # 收到通知邮件
     xxxxxx@xxxxxx.xxx
   }
   notification_email_from xxxxxx@xxxxxx.xxx # 发件人
   smtp_server xxx.xxx.xxx.xxx # 发送邮件所使用的SMTP服务器地址
   smtp_connect_timeout 30 # 发送邮件连接超时时间
   router_id LVS_DEVEL # Keepalived的路由ID，在VRRP通信中用于标识不同的Keepalived实例
   vrrp_skip_check_adv_addr # 是否跳过VRRP广告报文中的源地址是否与上一个报文相同，启用则写入此配置项，无需赋值
   vrrp_strict # 是否严格遵守VRRP协议的规定
   vrrp_garp_interval 0 # 在VRRP环境中，当Master设备出现故障并切换到Backup时，Backup设备会发送Gratuitous ARP消息，以通知网络中的其他设备更新其ARP缓存，确保数据包能够正确地发送到新的Master设备。vrrp_garp_interval用于控制Gratuitous ARP消息的发送频率（实际上是发送延迟，延迟越短，频率越高）
   vrrp_gna_interval 0 # 在VRRP环境中，邻居通告消息用于在VRRP路由器之间传递状态信息，以确保它们之间的同步和协调，这些消息包括路由器的优先级、虚拟IP地址等信息，对于VRRP协议的正常运作至关重要，此配置用于配置此消息的发送延迟时间
}

# 虚拟路由器实例配置
vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER # 虚拟路由器实例的状态：MASTER为主路由器，BACKUP为备份路由器
    interface eth0 # 实例要绑定的物理接口（通常是一个真实网络接口）
    virtual_router_id 51 # 虚拟路由器标识符，用于唯一标识一个VRRP备份组，确保同一个局域网内，不同的VRRP备份组之间不会互相干扰
    priority 100 # 优先级，用于决定哪个路由器实例将成为VRRP备份组中的主路由器
    advert_int 1 # 通告间隔，用于指定VRRP路由器实例发送VRRP通告报文的时间间隔，这个参数对VRRP备份组的稳定性和故障转移速度有重要影响，默认1秒
    authentication { # 认证，用于确保VRRP备份组内的路由器实例之间的通信安全。通过配置认证，可以防止未经授权的路由器实例加入VRRP备份组，从而保护网络的稳定性和安全性
        auth_type PASS # 认证类型
        auth_pass xxxxxx # 认证密码
    }
    virtual_ipaddress { # 用于指定一个或多个虚拟IP地址，这些虚拟IP地址不属于任何物理接口，而是被分配给VRRP虚拟路由实例。当VRRP组的主路由器选举完成后，主路由器将接管这些虚拟IP地址，并对外提供服务。
        你的VIP IP 1
        你的VIP IP 2
        你的VIP IP 3
    }
    track_script { # 用于关联之前定义的vrrp_script监控脚本
    
    }
}

4、启动
在启动前，你可以使用ip a查询并记录一下网络信息。
启动后因为加入虚拟IP的特性，网络信息会加入虚拟IP的变化。

启动命令：

systemctl start keepalived.service

5、验证结果
你可以从这几个角度检查下是否启动：

1）查看进程
ps -ef | grep keep

2）查看系统日志的Keepalived相关日志
less /var/log/messages

3）查看网络信息中是否存在配置的虚拟IP
ip a

如果顺利，你应该可以通过虚拟IP访问Nginx的资源：

http://虚拟IP/

两个Nginx副本，Keepalived做故障转移

1、在另一台服务器再搭建一个Nginx实例，搭建过程省略。

2、添加检测Nginx进程是否存活的脚本，并添加执行权限

vi /opt/keepalived/shell/monitor_nginx.sh

脚本内容：

Tips
本脚本仅做本次测试使用，实际使用可以写得更严谨、健壮些。

后话：经过简单地压测，此脚本在主服务器的Nginx宕机后，二次启动时，会有几秒的中断。
因为此脚本的判断点是“是否有Nginx的进程”，而Nginx在“启动进程”到“真正能接受请求”，可能还是有时间差的，这不够严谨，所以造成几秒的中断。

#!/bin/bash

nginx_ps_num=`ps -C nginx --no-header | wc -l`

if [ $nginx_ps_num == 0 ]; then
    exit 1
fi

exit 0

可以看到上述脚本有两种返回：
1）返回0，表示监控的服务正常运行，不会触发故障转移
2）返回1，表示监控的服务异常，可能触发故障转移（取决于失败次数和其他配置）

3、在服务器1配置主配置文件

vi /etc/keepalived/keepalived.conf

配置内容参考，实际可以了解各配置的作用并做调整或增删：

! Configuration File for keepalived

global_defs {
   router_id NGINX_HA
   vrrp_skip_check_adv_addr
   vrrp_strict
   vrrp_garp_interval 0
   vrrp_gna_interval 0
}

vrrp_script monitor_nginx_script {
   script "/opt/keepalived/shell/monitor_nginx.sh"
   interval 1
   weight 10
   fall 1
   rise 3
}

vrrp_instance VI_21 {
    state MASTER
    interface enp0s3
    virtual_router_id 66
    priority 55
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 你的密码
    }
    virtual_ipaddress {
        你的虚拟IP
    }
    track_script {
        monitor_nginx_script
    }
}

对于上述的新增配置的作用，做了一些简单地整理：

vrrp_script monitor_xxxxx_script { # 定义脚本来监控某些条件或服务的状态，这些脚本通常用于检测后端服务的健康状态
   script "/opt/keepalived/shell/monitor_xxxxx.sh" # 具体要执行的脚本的路径或内容，这个脚本是一个shell命令或可执行程序，它会被Keepalived定期调用以检查某个条件或服务的状态
   interval 1 # 定期执行监控脚本的时间间隔，单位为秒
   weight -20 # 当执行脚本的执行结果触发状态变化时，应该增加或减少VRRP实例的优先级的量值。正数权重，当脚本执行成功时，VRRP实例的优先级会增加相应权重值；负数权重，当脚本执行失败时，VRRP实例的优先级会减少相应的权重值。
   timeout 3 # 脚本超时时间，单位为秒（可选配置）
   fall 2 # 失败次数达到此值时触发状态切换（可选配置）
   rise 2 # 成功次数达到此值时恢复状态（可选配置）
}

4、在服务器1配置主配置文件

vi /etc/keepalived/keepalived.conf

配置内容参考，实际可以了解各配置的作用并做调整或增删：

! Configuration File for keepalived

global_defs {
   router_id NGINX_HA
   vrrp_skip_check_adv_addr
   vrrp_strict
   vrrp_garp_interval 0
   vrrp_gna_interval 0
}

vrrp_script monitor_nginx_script {
   script "/opt/keepalived/shell/monitor_nginx.sh"
   interval 1
   weight 10
   fall 1
   rise 3
}

vrrp_instance VI_22 {
    state BACKUP
    interface enp0s3
    virtual_router_id 66
    priority 50
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 你的密码
    }
    virtual_ipaddress {
        你的虚拟IP
    }
    track_script {
        monitor_nginx_script
    }
}

5、启动及验证
在启动前，你可以使用ip a查询并记录一下网络信息。
启动后因为加入虚拟IP的特性，网络信息会加入虚拟IP的变化。

启动命令：

systemctl start keepalived.service

两台服务器均启动成功后，你可以发现其中一台服务器的网络信息上有虚拟IP的信息，那台就是主服务器。

你访问以下地址，实际访问的是主服务器的资源。
http://虚拟IP/

Tips
因为使用Nginx的默认静态资源作访问测试。
可以将两台Nginx服务器的默认静态资源稍作修改（添加标识），使得我们用浏览器访问时能够识别当时访问的是哪台机器。
具体如何修改呢？
编辑此文件：%nginx_hone%/html/index.html，在内容中添加你可辨别的表示即可。

此时，我们可以测试故障转移的场景：
关闭主服务器的Nginx进程，再访问以下地址。如果顺利的话，你应该可以访问成功，此时实际访问的是另一台服务器的资源了：
http://虚拟IP/

Tips
如果发现故障转移不成功，或发现两台服务器的网络信息中均包含虚拟IP信息。
可以检查下服务器的防火墙是否禁止了相关的网络行为。

最后

小弟不才，学识有限，如有错漏，欢迎指正哈。
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