Keepalived 原理与实战

时间  2020-05-25
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Keepalived 原理与实战

随着系统架构的逐渐演化，服务器的数量和结构会愈来愈复杂，例如 Web 服务器集群的搭建，提升了系统的性能，同时也提升了系统维护的复杂度，咱们须要对集群中各台服务器进行监控，来保证为用户提供服务的是正常运行的服务器，总体系统的可用性就相当重要。html

Keepalived 简介

什么是Keepalived ？

Keepalived一个基于VRRP 协议来实现的 LVS 服务高可用方案，能够利用其来解决单点故障。一个LVS服务会有2台服务器运行Keepalived，一台为主服务器（MASTER），一台为备份服务器（BACKUP），可是对外表现为一个虚拟IP，主服务器会发送特定的消息给备份服务器，当备份服务器收不到这个消息的时候，即主服务器宕机的时候， 备份服务器就会接管虚拟IP，继续提供服务，从而保证了高可用性。linux

Keepalived 的做用

如上述所说，Keepalived 提供了很好的高可用性保障服务，它能够检查服务器的状态，若是有服务器出现问题，Keepalived 会将其从系统中移除，而且同时使用备份服务器代替该服务器的工做，当这台服务器能够正常工做后，Keepalived 再将其放入服务器群中，这个过程是 Keepalived 自动完成的，不须要人工干涉，咱们只须要修复出现问题的服务器便可。nginx

Keepalived 原理

基于VRRP协议的理解

Keepalived 是以 VRRP 协议为实现基础的，VRRP全称Virtual Router Redundancy Protocol，即虚拟路由冗余协议。web

虚拟路由冗余协议，能够认为是实现路由器高可用的协议，即将N台提供相同功能的路由器组成一个路由器组，这个组里面有一个master 和多个 backup，master 上面有一个对外提供服务的 VIP(Virtual IP Address)（该路由器所在局域网内其余机器的默认路由为该 vip），master 会发组播，当 backup 收不到 vrrp 包时就认为 master 宕掉了，这时就须要根据 VRRP 的优先级来选举一个 backup 当 master。这样的话就能够保证路由器的高可用了。shell

keepalived 主要有三个模块，分别是core、check 和 vrrp。core 模块为keepalived的核心，负责主进程的启动、维护以及全局配置文件的加载和解析。check 负责健康检查，包括常见的各类检查方式。vrrp 模块是来实现 VRRP 协议的。vim

基于TCP/IP协议的理解

以检测 web 服务器为例，Keepalived 从3个层次来检测服务器的状态bash

Layer3 、Layer4 以及 Layer7 工做在IP/TCP协议栈的IP层，TCP层，及应用层,原理分别以下：服务器

Layer3：网络

Keepalived使用Layer3的方式工做时，Keepalived会按期向服务器群中的服务器发送一个ICMP的数据包（既咱们平时用的Ping程序）,若是发现某台服务的IP地址没有激活，Keepalived 便报告这台服务器失效，并将它从服务器群中剔除，这种状况的典型例子是某台服务器被非法关机。Layer3 的方式是以服务器的IP地址是否有效做为服务器工做正常与否的标准。架构

Layer4:

若是您理解了Layer3的方式，Layer4就容易了。Layer4主要以TCP 端口的状态来决定服务器工做正常与否。如 web server 的服务端口通常是80，若是 Keepalived 检测到80端口没有启动，则 Keepalived 将把这台服务器从服务器群中剔除。

Layer7：

Layer7 就是工做在具体的应用层了，比Layer3,Layer4要复杂一点，在网络上占用的带宽也要大一些。Keepalived 将根据用户的设定检查服务器程序的运行是否正常，若是与用户的设定不相符，则 Keepalived 将把服务器从服务器群中剔除。

Keepalived 双机主备原理

Keepalived 选举策略

选举策略

首先，每一个节点有一个初始优先级，由配置文件中的priority配置项指定，MASTER 节点的 priority 应比 BAKCUP 高。运行过程当中 keepalived 根据 vrrp_script 的 weight 设定，增长或减少节点优先级。规则以下：

  1. weight值为正时,脚本检测成功时”weight”值会加到”priority”上,检测失败时不加
    • 主失败: 主priority < 备priority+weight之和时会切换
    • 主成功: 主priority+weight之和 > 备priority+weight之和时,主依然为主,即不发生切换
  2. weight为负数时,脚本检测成功时”weight”不影响”priority”,检测失败时,Master节点的权值将是“priority“值与“weight”值之差
    • 主失败: 主priotity-abs(weight) < 备priority时会发生切换
    • 主成功: 主priority > 备priority 不切换
  3. 当两个节点的优先级相同时，以节点发送VRRP通告的 IP 做为比较对象，IP较大者为MASTER。

priority 和 weight 的设定

  1. 主从的优先级初始值priority和变化量weight设置很是关键，配错的话会致使没法进行主从切换。好比，当MASTER初始值定得过高，即便script脚本执行失败，也比BACKUP的priority + weight大，就无法进行VIP漂移了。
  2. 因此priority和weight值的设定应遵循: abs(MASTER priority - BAKCUP priority) < abs(weight)。通常状况下，初始值MASTER的priority值应该比较BACKUP大，但不能超过weight的绝对值。 另外，当网络中不支持多播(例如某些云环境)，或者出现网络分区的状况，keepalived BACKUP节点收不到MASTER的VRRP通告，就会出现脑裂(split brain)现象，此时集群中会存在多个MASTER节点。

Keepalived 实战进阶

Keepalived 安装部署

  1. 下载安装包

Keepalived 官网下载地址：https://www.keepalived.org/download.html

image-20200521210358933

  1. 解压

    tar -zxvf keepalived-2.0.18.tar.gz

  2. 解压后进入到解压出来的目录，看到会有configure，那么就能够作配置了（配置安装和nginx如出一辙）

    image-20200521210723704

  3. 使用configure命令配置安装目录与核心配置文件所在位置

    ./configure --prefix=/usr/local/keepalived --sysconf=/etc
    • prefix：keepalived安装的位置
    • sysconf：keepalived核心配置文件所在位置，固定位置，改为其余位置则keepalived启动不了，/var/log/messages中会报错

    配置过程当中可能会出现警告信息，以下所示：

    image-20200521211303189

    解决方法：安装 libnl/libnl-3 依赖 yum -y install libnl libnl-devel，从新configure一下就行了。

  4. 安装keepalived

    make && make install

  5. 进入到/etc/keepalived，该目录下为keepalived核心配置文件

Keepalived 配置

把 Keepalived 注册为系统服务

进入解压缩安装包的 etc 文件夹

image-20200521222326891

将系统配置文件拷贝至系统 etc文件

cp init.d/keepalived /etc/init.d/
cp sysconfig/keepalived /etc/sysconfig/

刷新系统服务，加载新添加的 Keepalived 服务

systemctl daemon-reload

主服务器（Master）配置

  1. 经过命令 vim keepalived.conf 打开配置文件，详细配置以下
global_defs {
   # 路由id：当前安装keepalived的节点主机标识符，保证全局惟一
   router_id keep_104
}

vrrp_instance VI_1 {
    # 表示状态是MASTER主机仍是备用机BACKUP
    state MASTER
    # 该实例绑定的网卡名称
    interface ens33
    # 保证主备节点一致便可
    virtual_router_id 51
    # 权重，master权重通常高于backup，若是有多个，那就是选举，谁的权重高，谁就当选
    priority 100
    # 主备之间同步检查时间间隔，单位秒
    advert_int 2
    # 认证权限密码，防止非法节点进入
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    # 虚拟出来的ip，能够有多个（vip）
    virtual_ipaddress {
        192.168.1.108
    }
}

附：查看网卡名称

image-20200521214418246

  1. 启动 Keepalived

    在sbin目录中进行启动（同nginx），以下图：

    image-20200521214728691

  2. 查看进程

    ps -ef|grep keepalived

    image-20200521214838919

  3. 查看虚拟 IP（VIP）

    在网卡 ens33 下，多了一个 192.168.1.108 ，这个就是虚拟ip

    image-20200521220643981

Keepalived 实现双机主备高可用

在配置完 Keepalived 主服务器节点后，接下来就能够配置备用服务器节点了，备用服务器配置以下：

global_defs {
   router_id keep_105
}

vrrp_instance VI_1 {
    # 备用机设置为BACKUP
    state BACKUP
    interface ens33
    virtual_router_id 51
    # 权重低于MASTER
    priority 80
    advert_int 2
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        # 注意：主备两台的vip都是同样的，绑定到同一个vip
        192.168.1.108
    }
}

启动 Keepalived

# 启动keepalived
systemctl start keepalived
# 中止keepalived
systemctl stop keepalived
# 重启keepalived
systemctl restart keepalived

查看备用服务器 Keepalived 进程

image-20200522235349567

如今主服务器节点 192.168.1.104以及备用服务器节点 192.168.1.105以及 Keepalived 虚拟 IP 192.168.1.105已配置完毕

image-20200522235637330

image-20200522235724708

这里我在本地将 Keepalived 虚拟IP 192.168.1.108已映射至 www.keep.com

image-20200522235859619

因此直接访问 www.keep.com 便可访问主服务器节点

image-20200523000014318

当主服务器节点的 Keepalived 服务不可用时（这里我直接将主服务器的 Keepalived 服务直接中止systemctl stop keepalived.service，便于测试），虚拟IP 自动绑定至备用服务器节点地址

image-20200523000333384

Keepalived 配置 Nginx 自动重启

  1. 增长Nginx重启检测脚本

    vim /etc/keepalived/check_nginx_alive_or_not.sh
    #!/bin/bash

A=`ps -C nginx --no-header |wc -l`
# 判断nginx是否宕机，若是宕机了，尝试重启
if [ $A -eq 0 ];then
    /usr/local/nginx/sbin/nginx
    # 等待一小会再次检查nginx，若是没有启动成功，则中止keepalived，使其启动备用机
    sleep 3
    if [ `ps -C nginx --no-header |wc -l` -eq 0 ];then
        killall keepalived
    fi
fi

    增长运行权限

    chmod +x /etc/keepalived/check_nginx_alive_or_not.sh

  2. 在 keepalived.conf 配置定时监听 nginx 状态脚本

    vrrp_script check_nginx_alive {
    script "/etc/keepalived/check_nginx_alive_or_not.sh"
    interval 2 # 每隔两秒运行上一行脚本
    weight 10 # 若是脚本运行成功，则升级权重+10
    # weight -10 # 若是脚本运行失败，则升级权重-10
}

  3. 在vrrp_instance中新增监控的脚本

    track_script {
    check_nginx_alive   # 追踪 nginx 脚本
}

  4. 重启Keepalived使得配置文件生效

    systemctl restart keepalived

Keepalived 实现双主热备高可用

image-20200523004644961

首先须要配置云服务的 DNS 解析配置和负载均衡，详细配置参考：

Keepalived 双主热备详细配置：

规则：以一个虚拟ip分组归为同一个路由

主节点配置

global_defs {
   router_id keep_104
}

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface ens33
    virtual_router_id 51
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.1.108
    }
}

vrrp_instance VI_2 {
    state BACKUP
    interface ens33
    virtual_router_id 52
    priority 80
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.1.138
    }
}

备用节点配置

global_defs {
   router_id keep_105
}

vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    interface ens33
    virtual_router_id 51
    priority 80
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.1.108
    }
}

vrrp_instance VI_2 {
    state MASTER
    interface ens33
    virtual_router_id 52
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.1.138
    }
}

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