Linux运维：高性能集群软件Keepalived概述
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Linux运维：高性能集群软件Keepalived概述相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
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1、Keepalived是什么
Keepalived起初是为LVS设计的，专门用来监控集群系统中各个服务节点的状态。它根据的第三、第四和第五层制检测每个服务节点的状态，如果某个服务节点出现异常，或工作出现故障，Keepalived将检测到，并将出现故障的服务节点从集群系统中剔除，而在故障节点恢复正常后，Keepalived又可以自动将此服务节点重新加入集群中，这些工作全部自动完成，不需要人工干涉，需要人工完成的只是修复出现故障的服务节点。
Keepalived后来又加入了VRRP的功能，VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol，虚拟冗余协议）出现的目的是解决静态路由出现的单点故障问题，通过VRRP可以实现网络不间断稳定运行。因此，Keepalived一方面具有状态检测和故障隔离功能，另一方面也具有HA cluster功能。下面详细介绍VRRP协议的实现过程。
2、VRRP协议与工作原理
在现实的网络环境中，之间的通信都是通过配置静态路由（默认网关）完成的，而之间的一旦出现故障，通信就会失败，因此，在这种通信模式中，就成了一个单点瓶颈，为了解决这个问题，就引入了VRRP协议。
熟悉网络的朋友对VRRP协议应该并不陌生。它是一种主备模式的协议，通过VRRP可以在网络发生故障时透明地进行设备切换而不影响间的，这其中涉及两个概念：物理和虚拟。
VRRP可以将两台或多台物理设备虚拟成一个虚拟，这个虚拟通过虚拟IP（一个或多个）对外提供服务，而在虚拟内部是多个物理协同工作，同一时间只有一台物理对外提供服务，这台物理被称为主（处于MASTER角色）。一般情况下MASTER由选举产生，它拥有对外服务的虚拟IP，提供各种网络功能，如请求、ICMP、数据转发等。而其他物理不拥有对外的虚拟IP，也不提供对外网络功能，仅仅接收MASTER的VRRP状态通告信息，这些被统称为备份（处于BACKUP角色）。当主失效时，处于BACKUP角色的备份将重新进行选举，产生一个新的主进入MASTER角色继续提供对外服务，整个切换过程对用户来说完全透明。
3、Keepalived工作原理
Keepalived作为一个高性能集群软件，它还能实现对集群中运行状态的监控及故障隔离。下面介绍Keepalived对运行状态监控和检测的工作原理。
Keepalived工作在的第三、第四和第五层，也就是网络层、传输层和应用层。根据各层所能实现的功能，Keepalived运行机制如下。
在应用层，可以运行FTP、TELNET、SMTP、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允许正常，如果Keepalived的检测结果与用户设定不一致时，Keepalived将把对应的服务从中移除。
4、Keepalived的体系结构
Keepalived是一个高度模块化的软件，结构简单，但扩展性很强，感兴趣的朋友可以阅读Keepalived的源码。图1是官方给出的Keepalived体系结构拓扑图。
图1 Keepalived体系结构图
从图1中可以看出，Keepalived的体系结构从整体上分为两层，分别是用户空间层（User Space）和内核空间层（Kernel Space）。下面介绍Keepalived两层结构的详细组成及实现的功能。
Keepalived最初就是为LVS提供服务的，由于Keepalived可以实现对集群节点的状态检测，而IPVS可以实现功能，因此，Keepalived借助于第三方模块IPVS就可以很方便地搭建一套系统。在这里有个误区，由于Keepalived可以和IPVS一起很好地工作，因此很多初学者都以为Keepalived就是一个软件，这种理解是错误的。
在Keepalived中，IPVS模块是可配置的，如果需要功能，可以在编译Keepalived时打开功能，也可以通过配置编译参数关闭。
NETLINK模块主要用于实现一些高级路由框架和一些相关的网络功能，完成用户空间层Netlink Reflector模块发来的各种网络请求。
用户空间层位于内核空间层之上，Keepalived的所有具体功能都在这里实现，下面介绍几个重要部分所实现的功能。
在用户空间层，Keepalived又分为4个部分，分别是Scheduler I/O Multiplexer、Memory Management、Control Plane和Core components。其中，Scheduler I/O Multiplexer是一个I/O复用分发调度器，它负责安排Keepalived所有内部的任务请求。Memory Management是一个内存管理机制，这个框架提供了访问内存的一些通用方法。Control Plane是Keepalived的控制面板，可以实现对配置文件进行编译和解析，Keepalived的配置文件解析比较特殊，它并不是一次解析所有模块的配置，而是只有在用到某模块时才解析相应的配置。最后详细说一下Core components，这部分是Keepalived的核心组件，包含了一系列功能模块，主要有WatchDog、Checkers、VRRP Stack、IPVS wrapper和Netlink Reflector，下面介绍每个模块所实现的功能如下。
1）WatchDog
WatchDog是可靠性领域中一个极为简单又非常有效的检测工具，它的工作原理是针对被监视的目标设置一个计数器和一个阈值，WatchDog会自己增加此计数值，然后等待被监视的目标周期性地重置该计数值。一旦被监控目标发生错误，就无法重置此计数值，WatchDog就会检测到，于是采取对应的恢复措施，例如重启或关闭。
在中很早就引入了WatchDog功能，而Keepalived正是通过WatchDog的运行机制来监控Checkers和VRRP进程的。
2）Checkers
这是Keepalived最基础的功能，也是最主要的功能，可实现对运行状态检测和故障隔离。
3）VRRP Stack
这是Keepalived后来引入的VRRP功能，可以实现HA集群中失败切换（Failover）功能。Keepalived通过VRRP功能再结合LVS软件即可部署一个高性能的集群系统。
4）IPVS wrapper
这是IPVS功能的一个实现。IPVS wrapper模块可以将设置好的IPVS规则发送到内核空间并提交给IPVS模块，最终实现IPVS模块的功能。
5）Netlink Reflector
用来实现高可用集群中Failover时虚拟IP（VIP）的设置和切换。Netlink Reflector的所有请求最后都发送到内核空间层的NETLINK模块来完成。
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