又拍云之 Keepalived 高可用部署

在聊 Keepalived 之前，我们需要先简单了解一下 VRRP。VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol）即虚拟路由冗余协议，是专门为了解决静态路由的高可用而设计的。

简单说下它的工作原理：虚拟路由器由多个路由器组成，每个路由器都有各自的 IP 和共同的 VRID(0-255)，其中一个 VRRP 路由器通过竞选成为 MASTER，就会接管 VIP（虚拟漂移IP），对外提供路由服务，其他成为 BACKUP。MASTER 以 IP 组播形式发送 VRRP 协议包，与 BACKUP 保持心跳连接，若 MASTER 不可用，或 BACKUP 接收不到 VRRP 协议包，则 BACKUP 通过竞选产生新的 MASTER，并继续对外提供路由服务，从而实现高可用。

Keepalived 简介

Keepalived 是一款基于 VRRP 协议的高可用软件，借助它可以让多台服务器能像路由器一样做 VIP 虚拟地址的冗余转移，从而提升后端服务器的高可靠性。Keepalived 由一台主服务器和多台备份服务器组成集群，在主服务器和备份服务器上部署相同的服务配置，并使用一个虚拟 IP 地址对外提供服务。当主服务器出现故障时，虚拟 IP 地址会自动漂移到备份服务器。

Keepalived+bfd 配置

VRRP v2 之前的版本虽然配置简单，但只能提供秒级以上的检测。这在十几年前是可用的，但已经不适合现在的环境了。幸运的是，VRRP v2.0.5 加入了对 BFD 的支持。

双向转发检测 BFD（Bidirectional Forwarding Detection）用于快速检测系统之间的通信故障，并在出现故障时通知上层应用。

BFD 提供了一个与介质和协议无关的快速故障检测机制，它具有以下优点：

对网络设备间任意类型的双向转发路径提供快速、轻负荷的故障检测。
用单一的机制对任何介质、任何协议层进行实时检测，并支持不同的检测时间与开销。

因此 VRRP v2 + BFD 得以实现毫秒级的检测。我们可以选用新版本编译测试 BFD，示例如下：

yum install -y libnl-devel
./configure --prefix=/opt/keepalived --enable-bfd  --with-init=system

! Configuration File for keepalived

global_defs {
   process_names keepalived_bfd
   bfd_process_name bfdp
   router_id LVS_UPYUN
}

bfd_instance bfdp {
     neighbor_ip 10.0.2.8 # 对端的服务器心跳ip
     source_ip 10.0.2.4   # 本地的服务器心跳ip
}

vrrp_instance VI_1 {
...
    track_bfd{
         bfdp weight 40  # 多跑一个bfd进程来监控心跳
    }
}

Keepalived+VRRP v3配置

随着时间的推移，Keepalived 也支持了 VRRP v3 的协议。相较于之前版本的协议，VRRP v3 版本有以下改进：

支持的网络类型不同。VRRP v3 适用于 IPv4 和 IPv6 两种网络，而 VRRP v2 仅适用于 IPv4 网络。
认证功能不同。VRRP v3 不支持认证功能，而 VRRP v2 支持认证功能。VRRP v2 版本保留报文的认证字段，是为了兼容早期版本，因为 VRRP 认证并不能提高安全性。
发送通告报文的时间间隔的单位不同。VRRP v2 中缺省单位为 1 秒，VRRP v3 缺省单位为 100 厘秒。

由于 VRRP v3 协议的改进，其不需要 BFD 也能实现 30ms 内的心跳检测和故障转移。那实践中具体是如何配置的，我们重点来看一下。

! Configuration File for keepalived

global_defs {
   router_id SLB-SAD
   script_user root
   enable_script_security
   # 检查vrrp报文中的所有地址比较耗时。默认是跳过检查
   vrrp_skip_check_adv_addr
   # 重点是启用vrrp3
   vrrp_version 3
}

vrrp_script chk_upyun {
   # 除了心跳检测外，还可以调用脚本做业务上的健康检测
   script       "/etc/keepalived/bin/check_vip.sh"
   interval 1   # check every 1 seconds
   fall   1     # require 2 failures for failures
   rise   1     # require 1 sucesses for ok
   # weight 值为负数时，当脚本检测失败时，Master节点的权值将是“priority“值与“weight”值之差
   weight -30   
}


vrrp_instance upyun_lb {
    strict_mode off
    advert_int 0.03
    state BACKUP
    interface eth3
    virtual_router_id 19
    priority 100
    # 当master和backup角色转换时，触发脚本做业务上的切换
    notify "/etc/keepalived/bin/change_state.sh"

    track_script {
        chk_upyun
    }
    
    virtual_ipaddress {
        192.168.147.19 label eth3:9
    }
}
# 这一段是可选的，如果和lvs规则就可以调用ipvsadm的转发规则
include /etc/keepalived/virserver.conf

配置中用到了“check_vip.sh”和“change_state.sh”的两个脚本，我们也来简单看下。

check_vip.sh

上面配置中只是举例说明，当 ping 丢包严重超过 80% 时，就认为要切换主备关系了。大家也可以根据具体的业务场景做一些逻辑判断，来实现主备切换，以达到高可用的目的。

#!/bin/sh
TMP="/tmp/bad"

GATEWAY=$(ip ro|awk '/default/{print $3}')
LOSS=$(ping -fc10 -s1 $GATEWAY | sed -r -n '/loss/s@.* (.*)%.*@\1@p')
if [ $LOSS -ge 80 ];then
        echo "${LOSS}% lost  #`date`" >> $TMP
fi

if [ -e $TMP ] ;then
        exit 1
fi

change_state.sh

当检测到服务器的角色转换时，这个脚本就会调用钉钉报警，并且调整业务上的一些操作。如 sysctl.conf 配置或者 iptables 上的规则，甚至可以配合 LVS 做一些负载均衡的部署。

#!/bin/bash
HOME="/etc/keepalived/"
LIP=`/sbin/ip addr | awk '/192.168./{gsub("/.*","");if($2!=""){print $2}}'|sort -u|head -n1`
VIP=$(awk '/virtual_ipaddress/{getline; print $1}' $HOME/keepalived.conf)
URL="https://oapi.dingtalk.com/robot/send?access_token=07xxxxxxxxxxxxx"
[ -z $LIP ] && LIP=$VIP
############################################################################
dingding(){
  curl $URL --connect-timeout 10 -H 'Content-Type: application/json' \
     -d '{"msgtype": "markdown", 
          "markdown": {
          "title": "数据中心报警",
          "text": "* 报警类别: '"$1"'\n* 报警机器: '"$2"'\n* 报警服务: '"$3"'\n* 报警内容: '"$4"'\n* 报警时间: '"$(date "+%Y-%m-%d %T")"'\n"
        }
      }'
}

ENDSTATE=$3
NAME=$2
TYPE=$1
dingding Keepalived $LIP Change_state "$ENDSTATE"

case $ENDSTATE in
        "BACKUP") # Perform action for transition to BACKUP state
                echo "--- I am  $ENDSTATE #`date`" >> /tmp/keepalived.log
                sed -r -i '/state/s#MASTER#BACKUP#g' $HOME/keepalived.conf
                sysctl -w \
                        net.ipv4.conf.all.arp_accept=1 \
                        net.ipv4.conf.all.arp_ignore=0 \
                        net.ipv4.conf.all.arp_announce=0  \
                        net.ipv4.ip_nonlocal_bind=1
                #$HOME/tunl start
                exit 0
              ;;
        "FAULT")  # Perform action for transition to FAULT state
                exit 0
              ;;
        "MASTER") # Perform action for transition to MASTER state
                echo "+++ I am  $ENDSTATE #`date`" >> /tmp/keepalived.log
                sed -r -i '/state/s#BACKUP#MASTER#g' $HOME/keepalived.conf
                sysctl -w \
                        net.ipv4.conf.all.arp_ignore=1 \
                        net.ipv4.conf.all.arp_accept=1 \
                        net.ipv4.conf.all.arp_announce=1  \
                        net.ipv4.ip_nonlocal_bind=1

                iptables -L -vn | grep -iqE "vrrp|112"
                [ $? = 0 ] || iptables -I INPUT -p vrrp -j ACCEPT
                iptables -L -vn | grep -iq "accept .*$VIP"
                [ $? = 0 ] || iptables -I INPUT -d $VIP -j ACCEPT
                exit 0
              ;;
        *)
                echo "Unknown state ${ENDSTATE} for VRRP ${TYPE} ${NAME}"
                exit 1
              ;;
esac

今天的分享就到这了，感谢大家。