Linux----------集群-keepalive
一、keepalive简介
1.1 keepalive简述
Keepalived 软件起初是专为LVS负载均衡软件设计的，用来管理并监控LVS集群系统中各个服务节点的状态，后来又加入了可以实现高可用的VRRP功能。因此，Keepalived除了能够管理LVS软件外，还可以作为其他服务（例如：Nginx、Haproxy、MySQL等）的高可用解决方案软件。
Keepalived软件主要是通过VRRP协议实现高可用功能的。VRRP是Virtual Router RedundancyProtocol(虚拟路由器冗余协议）的缩写，VRRP出现的目的就是为了解决静态路由单点故障问题的，它能够保证当个别节点宕机时，整个网络可以不间断地运行。
所以，Keepalived 一方面具有配置管理LVS的功能，同时还具有对LVS下面节点进行健康检查的功能，另一方面也可实现系统网络服务的高可用功能。
官网：http://www.keepalived.org
1.2 keepalive术语：
虚拟路由器：Virtual Router
虚拟路由器标识：VRID(0-255)，唯一标识虚拟路由器
物理路由器：
master：主设备
backup：备用设备
priority：优先级
VIP：Virtual IP
VMAC：Virutal MAC (00-00-5e-00-01-VRID)
1.3 keepalived的重要功能
keepalived 有三个重要的功能，分别是：
- 管理LVS负载均衡软件
- 实现LVS集群节点的健康检查
- 作为系统网络服务的高可用性（failover）
1.4 keepalive工作原理
Keepalived 高可用服务之间的故障切换转移，是通过 VRRP (Virtual Router Redundancy Protocol ,虚拟路由器冗余协议）来实现的。
在 Keepalived 服务正常工作时，主 Master 节点会不断地向备节点发送（多播的方式）心跳消息，用以告诉备 Backup 节点自己还活看，当主 Master 节点发生故障时，就无法发送心跳消息，备节点也就因此无法继续检测到来自主 Master 节点的心跳了，于是调用自身的接管程序，接管主 Master 节点的 IP 资源及服务。而当主 Master 节点恢复时，备 Backup 节点又会释放主节点故障时自身接管的IP资源及服务，恢复到原来的备用角色。
那么，什么是VRRP呢？
VRRP ,全 称 Virtual Router Redundancy Protocol ,中文名为虚拟路由冗余协议 ，VRRP的出现就是为了解决静态踣甶的单点故障问题，VRRP是通过一种竞选机制来将路由的任务交给某台VRRP路由器的。
二、keepalive的组成
组件：
核心组件：
vrrp stack
ipvs wrapper
checkers
控制组件：配置文件分析器
IO复用器
内存管理组件
组成示意图：
三、keepalive配置文件
主配置文件：/etc/keepalived/keepalived.conf
主程序文件：/usr/sbin/keepalived
Unit File：/usr/lib/systemd/system/keepalived.service
Unit File的环境配置文件：/etc/sysconfig/keepalived
3.1 配置文件组件部分：
主配置文件：
[root@master ~]# cat /etc/keepalived/keepalived.conf
! Configuration File for keepalived
global_defs { //全局配置
notification_email { //定义报警收件人邮件地址
acassen@firewall.loc
failover@firewall.loc
sysadmin@firewall.loc
}
notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc //定义报警发件人邮箱
smtp_server 192.168.200.1 //邮箱服务器地址
smtp_connect_timeout 30 //定义邮箱超时时间
router_id LVS_DEVEL //定义路由标识信息，同局域网内唯一
vrrp_skip_check_adv_addr
vrrp_strict
vrrp_garp_interval 0
vrrp_gna_interval 0
}
vrrp_instance VI_1 { //定义实例
state MASTER //指定keepalived节点的初始状态，可选值为MASTER|BACKUP
interface eth0 //VRRP实例绑定的网卡接口，用户发送VRRP包
virtual_router_id 51 //虚拟路由的ID，同一集群要一致
priority 100 //定义优先级，按优先级来决定主备角色，优先级越大越优先
nopreempt //设置不抢占
advert_int 1 //主备通讯时间间隔
authentication { //配置认证
auth_type PASS //认证方式，此处为密码
auth_pass 1111 //同一集群中的keepalived配置里的此处必须一致，推荐使用8位随机数
}
virtual_ipaddress { //配置要使用的VIP地址
192.168.200.16
}
}
virtual_server 10.10.10.2 1358 { //配置虚拟服务器
delay_loop 6 //健康检查的时间间隔
lb_algo rr //lvs调度算法
lb_kind NAT //lvs模式
persistence_timeout 50 //持久化超时时间，单位是秒
protocol TCP //4层协议
sorry_server 192.168.200.200 1358 //定义备用服务器，当所有RS都故障时用sorry_server来响应客户端
real_server 192.168.200.2 1358 { //定义真实处理请求的服务器
weight 1 //给服务器指定权重，默认为1
HTTP_GET {
url {
path /testurl/test.jsp //指定要检查的URL路径
digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d //摘要信息
}
url {
path /testurl2/test.jsp
digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d
}
url {
path /testurl3/test.jsp
digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d
}
connect_timeout 3 //连接超时时间
nb_get_retry 3 //get尝试次数
delay_before_retry 3 //在尝试之前延迟多长时间
}
}
real_server 192.168.200.3 1358 {
weight 1
HTTP_GET {
url {
path /testurl/test.jsp
digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334c
}
url {
path /testurl2/test.jsp
digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334c
}
connect_timeout 3
nb_get_retry 3
delay_before_retry 3
}
}
}
四、定制主配置文件
4.1 主配置文件各段
vrrp_instance段配置
nopreempt //设置为不抢占。默认是抢占的，当高优先级的机器恢复后，会抢占低优先 \
级的机器成为MASTER，而不抢占，则允许低优先级的机器继续成为MASTER，即使高优先级 \
的机器已经上线。如果要使用这个功能，则初始化状态必须为BACKUP。
preempt_delay //设置抢占延迟。单位是秒，范围是0---1000，默认是0.发现低优先 \
级的MASTER后多少秒开始抢占。
vrrp_script段配置
//作用：添加一个周期性执行的脚本。脚本的退出状态码会被调用它的所有的VRRP Instance记录。
//注意：至少有一个VRRP实例调用它并且优先级不能为0.优先级范围是1-254.
vrrp_script <SCRIPT_NAME> {
...
}
//选项说明：
script "/path/to/somewhere" //指定要执行的脚本的路径。
interval <INTEGER> //指定脚本执行的间隔。单位是秒。默认为1s。
timeout <INTEGER> //指定在多少秒后，脚本被认为执行失败。
weight <-254 --- 254> //调整优先级。默认为2.
rise <INTEGER> //执行成功多少次才认为是成功。
fall <INTEGER> //执行失败多少次才认为失败。
user <USERNAME> [GROUPNAME] //运行脚本的用户和组。
init_fail //假设脚本初始状态是失败状态。
//weight说明：
1. 如果脚本执行成功(退出状态码为0)，weight大于0，则priority增加。
2. 如果脚本执行失败(退出状态码为非0)，weight小于0，则priority减少。
3. 其他情况下，priority不变。
real_server段配置
weight <INT> //给服务器指定权重。默认是1
inhibit_on_failure //当服务器健康检查失败时，将其weight设置为0， \
而不是从Virtual Server中移除
notify_up <STRING> //当服务器健康检查成功时，执行的脚本
notify_down <STRING> //当服务器健康检查失败时，执行的脚本
uthreshold <INT> //到这台服务器的最大连接数
lthreshold <INT> //到这台服务器的最小连接数
tcp_check段配置
connect_ip <IP ADDRESS> //连接的IP地址。默认是real server的ip地址
connect_port <PORT> //连接的端口。默认是real server的端口
bindto <IP ADDRESS> //发起连接的接口的地址。
bind_port <PORT> //发起连接的源端口。
connect_timeout <INT> //连接超时时间。默认是5s。
fwmark <INTEGER> //使用fwmark对所有出去的检查数据包进行标记。
warmup <INT> //指定一个随机延迟，最大为N秒。可防止网络阻塞。如果为0，则关闭该功能。
retry <INIT> //重试次数。默认是1次。
delay_before_retry <INT> //默认是1秒。在重试之前延迟多少秒。
authentication { #认证机制
auth_type AH|PASS
auth_pass <PASSWORD> 仅前8位有效
}
定义通知脚本：
notify_master <STRING>|<QUOTED-STRING>：当前节点成为主节点时触发的脚本
notify_backup <STRING>|<QUOTED-STRING>：当前节点转为备节点时触发的脚本
notify_fault <STRING>|<QUOTED-STRING>：当前节点转为“失败”状态时触发的脚本
notify <STRING>|<QUOTED-STRING>：通用格式的通知触发机制，一个脚本可完成以上三种状态的转换时的通知
- 脚本的调用方法：
在vrrp_instance VI_1 语句块最后面加下面行
notify_master "/etc/keepalived/notify.sh master"
notify_backup "/etc/keepalived/notify.sh backup"
notify_fault "/etc/keepalived/notify.sh fault"
4.2 示例
-
单主示例：
-
单主示例：
-
示例通知脚本：
-单主模式IPVS示例：
4.3 keepalive配置检测
五、主从配置
5.1 配置注意事项
HA Cluster 配置准备：
(1) 各节点时间必须同步
ntp, chrony
(2) 确保iptables及selinux不会成为阻碍
(3) 各节点之间可通过主机名互相通信（对KA并非必须）建议使用/etc/hosts文件实现
(4) 各节点之间的root用户可以基于密钥认证的ssh服务完成互相通信（对KA并非必须）
5.2 主从配置示例
global_defs {
router_id LVS_Server
}
vrrp_instance VI_1 {
state BACKUP
interface ens33
virtual_router_id 51
priority 150
nopreempt
advert_int 1
authentication {
auth_type PASS
auth_pass wangqing
}
virtual_ipaddress {
172.16.12.250 dev ens33
}
}
virtual_server 172.16.12.250 80 {
delay_loop 3
lvs_sched rr
lvs_method DR
protocol TCP
real_server 172.16.12.129 80 {
weight 1
TCP_CHECK {
connect_port 80
connect_timeout 3
nb_get_retry 3
delay_before_retry 3
}
}
real_server 172.16.12.130 8080 {
weight 1
TCP_CHECK {
connect_port 8080
connect_timeout 3
nb_get_retry 3
delay_before_retry 3
}
}
}
六、keepalive调用脚本进行资源监控
keepalived调用外部的辅助脚本进行资源监控，并根据监控的结果状态能实现优先动态调整
vrrp_script:自定义资源监控脚本，vrrp实例根据脚本返回值，公共定义，可被多个实例调用，定义在vrrp实例之外
track_script:调用vrrp_script定义的脚本去监控资源，定义在实例之内，调用事先定义的vrrp_script
分两步：(1) 先定义一个脚本；(2) 调用此脚本
vrrp_script <SCRIPT_NAME> {
script ""
interval INT
weight -INT
}
track_script {
SCRIPT_NAME_1
SCRIPT_NAME_2
}
6.1 实现高可用nginx服务
6.2 同步组
七、脑裂问题
脑裂（split-brain）：指在高可用（HA）系统中，当联系2个节点的“心跳线”断开时，本来为一整体、动作协调的HA系统，就分裂成为2个独立的个体。由于相互失去了联系，都以为是对方出了故障。两个节点上的HA软件像“裂脑人”一样，争抢“共享资源”、争起“应用服务”，就会发生严重后果——或者共享资源被瓜分、2边“服务”都起不来了；或者2边“服务”都起来了，但同时读写“共享存储”，导致数据损坏（常见如数据库轮询着的联机日志出错）
7.1 脑裂的原因
1、配置有问题
2、两个keepalived不在同一个网段，跨VLAN情况下不能组成主从
3、iptables没关，导致vrrp包只到网卡，到不了keepalived
4、防火墙没关
5、交换机没有打开组播
7.2 脑裂排查方式
1、用oping工具互相ping，看是否能互相ping通
2、在网卡用tcpdump装VRRP的包，看是否能抓到，以及抓到的包的权重信息等
3、检查iptables、防火墙等是否打开
7.3 预防脑裂
（1）可以采用第三方仲裁的方法。由于keepalived体系中主备两台机器所处的状态与对方有关。如果主备机器之间的通信出了网题，就会发生脑裂，此时keepalived体系中会出现双主的情况，产生资源竞争。
（2）一般可以引入仲裁来解决这个问题，即每个节点必须判断自身的状态。最简单的一种操作方法是，在主备的keepalived的配置文件中增加check配置，服务器周期性地ping一下网关，如果ping不通则认为自身有问题 。
（3）最容易的是借助keepalived提供的vrrp_script及track_script实现。如下所示：
#vim /etc/keepalived/keepalived.conf
......
vrrp_script check_local {
script "/root/check_gateway.sh"
interval 5
}
......
track_script {
check_local
}
4.脚本内容：
# cat /root/check_gateway.sh
#!/bin/sh
VIP=$1
GATEWAY=192.168.1.1
/sbin/arping -I em1 -c 5 -s $VIP $GATEWAY &>/dev/null
check_gateway.sh 就是我们的仲裁逻辑，发现ping不通网关，则关闭keepalived。
5.推荐自己写脚本
写一个while循环，每轮ping网关，累计连续失败的次数，当连续失败达到一定次数则运行service keepalived stop关闭keepalived服务。
如果发现又能够ping通网关，再重启keepalived服务。最后在脚本开头再加上脚本是否已经运行的判断逻辑，将该脚本加到crontab或zabbix里面。
#!/bin/bash
while true
do
if [ `ip a show ens33 |grep 172.16.12.250|wc -l` -ne 0 ]
then
echo "keepalived is error!"
else
echo "keepalived is OK !"
fi
done
