Linux Cluster 02

Posted 2020-08-14

摘要

一、LVS-HA

1.1 HA与keepalived

上述演示中，不管是lvs-nat还是lvs-nat模型，都会有2个遗留问题：

（1） 如果调度器服务器挂了，如何对调度器做高可用

（2） 如果RS中某台服务器挂了，如何对RS做集群的健探测

健康监测的方式有很多种，比如网络层可以使用icmp ping监测主机的存活状态，传输层可以使用tcp端口监测工具探测端口的可用性，比如nmap，应用层，比如可以对关键服务发起请求。

而实现高可用的方案一般有2种，一种是vrrp协议的实现，比如keepalived，一种是ais的实现方案，比如heartbeat，corosync

首先，这里以非常简单的方式描述下ais方案，首先假设这样一种场景，由多台服务器提供相同的服务，比如是httpd服务，此时集群中每台机器需要知道对方的生存状况，比如机器A持续的向其他机器发送信息表示自己存活（假如连续3次失败则会被判定为非存活状态），这种方式被称为心跳检测，但是可能会有这样一种网络原因造成的故障，A认为自己是存活的，但是信息没有成功被其他服务器接收，比如B和C都认为A是非存活状态，此时会造成分裂现象，解决这个问题需要一个仲裁方案，比如最简单的少数服从多数原则，这也是一般推荐奇数台机器构建集群的原因，有时候只有2台，可以使用比如网关服务器当观察者凑够3台也可以，总之必须有一个仲裁机制。假设此时多数的认为机器B可以当做Master向外提供服务，需要一个机制可以停止掉机器A的服务，并且剥夺他的ip使用权，最简单的方式，就是停掉A，然后在机器B上配置的接口上配置一个别名。而实际上ais的实现非常复杂，分为三层，最底层是集群事务层，还有资源管理层和资源代理层，它是一个非常完备的实现，基本上可以满足一切的高可用方案。

这里我们关注的是vrrp协议，，Virtual Redundant Routing Protocol，vrrp协议是非常老的一个协议，是一个虚拟的路由器协议，而keepalived则是vrrp协议的实现。

1.2 VRRP与keepalived

关于VRRP的协议详情可以参考华为等公司一些vrrp协议白皮书，因为vrrp协议原本就是用来做虚拟路由之类的。

VRRP中术语说明：

虚拟路由器：由一个Master路由器和多个Backup组成。主机将虚拟路由器当做默认网关。

VRID：虚拟路由器的标识

Master路由器：虚拟路由器中承担报文转发任务的路由器。

Backup路由器：Master路由器出现故障时，能够代替Master路由器工作的路由器。

虚拟IP地址：虚拟路由器的IP地址。一个虚拟路由器可以有一个或者多个IP地址

IP地址拥有者：接口IP地址和虚拟IP地址相同的路由器被称为IP地址拥有者。

虚拟MAC地址：一个虚拟路由器拥有一个虚拟MAC地址。虚拟MAC地址的格式为00-00-5E-00-01-{VRID}。通常情况下，虚拟路由器回应ARP请求使用的是虚拟MAC地址，只有虚拟路由器做特殊配置的时候，才回应接口的真实MAC地址。

优先级：VRRP根据优先级来确定虚拟路由器中每台路由器的地位。

 抢占模式：在抢占模式下，如果Backup设备的优先级更高，则自己主动自己切换成Master

非抢占模式：在非抢占式模式下，只要Master设备没有出现故障，Backup设备即使随后被配置了更高的优先级，也不会成为Master设备

VRRP的工作过程：

（1） 虚拟路由器根据优先级选举Master。Master通过发送免费ARP报文，将自己的虚拟MAC地址通知给与它连接的设备或者主机，从而承担报文转发任务。

（2） Master路由器周期性发送VRRP报文，以公布其配置信息和工作状态

（3）如果Master出现故障，根据优先级从Backup中选举

（4）虚拟路由器状态切换时，Master路由器由一台设备切换为另一台，新的Master路由器只是简单地发送一个携带虚拟路由器的MAC地址和虚拟IP地址信息的免费ARP报文，这样就可以更新与它相连接的主机或者设备中的ARP相关信息。网络上的主机感知不到Master路由器已经切换为另外一个台设备

（5）Backup路由器的优先级高于Master时，根据工作方式决定是否重新选举

 

VRRP的工作模式

主备模式，一台Master，多台为Backup

主/主模式，其实是互为主备模式

 

keepalived

keepalived作为vrrp协议的实现，设计目的是为了高可用ipvs服务器，他能够在配置文件定义ipvs规则，并能对RS的健康状态进行探测；vrrp_script,vrrp_track

keepalivedz中包含多个组件：

　　控制组件：配置文件分析器

　　内存管理

　　IO复用

　　核心组件

　　vrrp stack

　　checker

　　ipvs wrapper

　　watch dog

 

HA集群配置的前提

（1）各节点时间同步，Centos上可以基于ntp协议，Centos7上可以是chrony

（2）确保iptables以及selinux不会阻碍；

（3）各节点之间通过主机名互相铜线，即名称解析服务器的解析结果必须和"uname -n"命令的结果一致；

（4）各个节点之root用户基于密钥认证的ssh通信；

yum -y install keepalived

同步下时间：

ntpdate time.windows.com 

hwclock -w 

1.3 keepalived配置文件

通过命令rpm -qc keepalived发现配置文件只需要关注keepalived.conf即可，详情使用man keepalived.conf观察，下面简要说明一下，Keepavlived分为多个配置段，global配置段，vppr配置段,lvs配置段

global_defs：定义全局配置

global_defs {
   notification_email {
        [email protected]
   }
   notification_email_from [email protected]
   smtp_server 127.0.0.1
   smtp_connect_timeout 30
   router_id ysz202
   vrrp_mcast_group4 224.0.100.18
}

说明：其中[email protected]直接使用本地用户当做收件地址，router_id可以使用主机名，要注意的是vrrp_mcast_group4表示的ipv4协议下的组播地址，举个例子，因为集群中的心跳通信用单播每个服务器都要单独发送，用广播会给局域网内所有的服务器都发送信息，因此此处使用组播，向拥有同一组播地址的服务器发送心跳信息比较合适。

vrrp_instance : vrrp实例配置

state MASTER|BACKUP：在当前VRRP实例中此节点的初始状态；
interface IFACE_NAME：vrrp用于绑定vip的接口；
virtual_router_id #：当前VRRP实例的VRID，可用范围为0-255，默认为51；
priority #：当前节点的优先级，可用范围0-255；
advert_int 1：通告时间间隔；
authentication { #认证机制
　　# PASS||AH
　　# PASS - Simple Passwd (suggested)
　　# AH - IPSEC (not recommended))
　　auth_type PASS
　　# Password for accessing vrrpd.
　　# should be the same for all machines.
　　# Only the first eight (8) characters are used.
　　auth_pass 1234
}

# 最关键的。定义vip
virtual_ipaddress {
　　<IPADDR>/<MASK> brd <IPADDR> dev <STRING> scope <SCOPE> label <LABEL>

　　192.168.200.17/24 dev eth1

　　192.168.200.18.24 dev eth2 label eth2:1

}

# 一个主机上可能有多个接口，定义要监控的接口

trace_interface {

　　eth0

　　eth1

　　...

}　　

nopreempt #非抢占模式，默认是抢占模式，如果2个服务器性能有优劣之别，可以抢占..

#通告脚本定义

notify_master "/etc/keepalived/notify.sh master"
notify_backup "/etc/keepalived/notify.sh backup"
notify_fault "/etc/keepalived/notify.sh fault"

其中的脚本notify.sh可以大致如下

#!/bin/bash
#
contact=‘[email protected]‘
notify() {
        subject="$(hostname) to be $1 :vip floating"
        body="$(date +‘%F %T‘): vrrp transition, $(hostname) change to be $1"
        echo $body | mail -s "$subject" $contact
}

case $1 in
        master)
                notify master
                ;;
        backup)
                notify backup
                ;;
        fault)
                notify fault
                ;;
        *)
                echo "Usage：$(basename $0) {master|backup|fault}"
                ;;
esac

 virtual_server : 虚拟服务器

virtual server IP port或者vitual server FWM #

virtual_server 192.168.200.100 443 {
    delay_loop 6 #
    lb_algo rr #负载均衡调度算法
    lb_kind NAT #调度类型
    nat_mask 255.255.255.0 #
    persistence_timeout 50 #持久连接时长
    protocol TCP #只支持TCP协议
    # quality regression. Defaults to 1.
    quorum 1
  　sorry_server 192.168.1.202 80
    real_server 192.168.201.100 443 {
        weight 1
        #notify_up <STRING>|<QUOTED-STRING>
        #notify_down <STRING>|<QUOTED-STRING>
         
        #应用层检测
        SSL_GET {
            url {
                  path /
                  digest ff20ad2481f97b1754ef3e12ecd3a9cc #特征码
            }
            url {
                  path /mrtg/
                  status_code 200 #基于状态码判定
            }
            connect_timeout 3 #连接的超时时长
            nb_get_retry 3 #连接的重试次数
            delay_before_retry 3 #连接的重试间隔
            
        }
    }
}

总结：

　　如果只是需要vip服务，可以只配置vrrp实例，如果需要keepalived来帮助完成lvs负载均衡才需要配置Vitual Server

 1.4 vrrp_script和track_script

vrrp_script: 资源脚本

track_script: 调用vrrp_script脚本去监控资源；

vrrp_script chk_httpd {
   script "killall -0 httpd"
   interval 2
   weight -5
}

vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    interface eth0
    virtual_router_id 51
    priority 98
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.1.111/32 brd 192.168.1.111 dev eth0 label eth0:0
    }
    track_script {
        chk_httpd
    }
    notify_master "/etc/keepalived/notify.sh master"
    notify_backup "/etc/keepalived/notify.sh backup"
    notify_fault "/etc/keepalived/notify.sh fault"
}

说明：上述配置中命令killall -0 httpd 用来检测当前httpd进程是否存活，假如没有的话返回失败，当前服务器的优先级会降低，在抢占工作模式下由Master->Backup实现地址漂移，这种方式可以为任何服务做高可用，比如说这里的httpd可以改成nginx。

二、演示：使用keepalived完成双主模型

双主模型实际上也是主备模型，2个实例互为主备，比如一个httpd服务，一个nginx服务，尽可能减少资源浪费，注意下面是2个不同的ip地址，因此还可以在DNS解析服务器上再做一次负载均衡，使得请求分散到2个ip中，使得前端2个调度器都不会空闲。

ysz202配置文件

global_defs {
   notification_email {
    [email protected]
   }
   notification_email_from [email protected]
   smtp_server 127.0.0.1
   smtp_connect_timeout 30
   router_id ysz202
   vrrp_mcast_group4 224.0.100.18
}

vrrp_script chk_httpd {
   script "killall -0 httpd"
   interval 2
   weight -5
}

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface eth0
    virtual_router_id 51
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.1.111/32 brd 192.168.1.111 dev eth0 label eth0:0
    }
    track_script {
    chk_httpd
    }
    notify_master "/etc/keepalived/notify.sh master"
    notify_backup "/etc/keepalived/notify.sh backup"
    notify_fault "/etc/keepalived/notify.sh fault"
}

vrrp_instance VI_2 {
    state BACKUP
    interface eth0
    virtual_router_id 52
    priority 98
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.1.112/32 brd 192.168.1.111 dev eth0 label eth0:1
    }
    track_script {
    chk_httpd
    }
    notify_master "/etc/keepalived/notify.sh master"
    notify_backup "/etc/keepalived/notify.sh backup"
    notify_fault "/etc/keepalived/notify.sh fault"
}

 

ysz204上配置文件

global_defs {
   notification_email {
    [email protected]
   }
   notification_email_from [email protected]
   smtp_server 127.0.0.1
   smtp_connect_timeout 30
   router_id ysz202
   vrrp_mcast_group4 224.0.100.18
}

vrrp_script chk_httpd {
   script "killall -0 httpd"
   interval 2
   weight -5
}

vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    interface eth0
    virtual_router_id 51
    priority 98
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.1.111/32 brd 192.168.1.111 dev eth0 label eth0:0
    }
    track_script {
    chk_httpd
    }
    notify_master "/etc/keepalived/notify.sh master"
    notify_backup "/etc/keepalived/notify.sh backup"
    notify_fault "/etc/keepalived/notify.sh fault"
}

vrrp_instance VI_2 {
    state MASTER
    interface eth0
    virtual_router_id 52
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.1.112/32 brd 192.168.1.111 dev eth0 label eth0:1
    }
    track_script {
    chk_httpd
    }
    notify_master "/etc/keepalived/notify.sh master"
    notify_backup "/etc/keepalived/notify.sh backup"
    notify_fault "/etc/keepalived/notify.sh fault"
}