keepalived介绍及工作原理

Posted 2020-10-09 爱吃萝卜的猫

keepalived介绍
keepalived观察其名可知，保持存活，在网络里面就是保持在线了，也就是所谓的高可用或热备，它集群管理中保证集群高可用的一个服务软件，其功能类似于heartbeat，用来防止单点故障(单点故障是指一旦某一点出现故障就会导致整个系统架构的不可用)的发生。说到keepalived就不得不说VRRP协议，可以说这个协议就是keepalived实现的基础，那么首先我们来看看VRRP协议。

VRRP协议介绍
学过网络的朋友都知道，网络在设计的时候必须考虑到冗余容灾，包括线路冗余，设备冗余等，防止网络存在单点故障，那在路由器或三层交换机处实现冗余就显得尤为重要。
在网络里面有个协议就是来做这事的，这个协议就是VRRP协议，Keepalived就是巧用VRRP协议来实现高可用性(HA)的发生。
VRRP全称Virtual Router Redundancy Protocol，即虚拟路由冗余协议。对于VRRP，需要清楚知道的是：
1）VRRP是用来实现路由器冗余的协议。
2）VRRP协议是为了消除在静态缺省路由环境下路由器单点故障引起的网络失效而设计的主备模式的协议，使得发生故障而进行设计设备功能切换时可以不影响内外数据通信，不需要再修改内部网络的网络参数。
3）VRRP协议需要具有IP备份，优先路由选择，减少不必要的路由器通信等功能。
4）VRRP协议将两台或多台路由器设备虚拟成一个设备，对外提供虚拟路由器IP（一个或多个）。然而，在路由器组内部，如果实际拥有这个对外IP的路由器如果工作正常的话，就是master，或者是通过算法选举产生的，MASTER实现针对虚拟路由器IP的各种网络功能，如ARP请求，ICMP，以及数据的转发等，其他设备不具有该IP，状态是BACKUP。除了接收MASTER的VRRP状态通告信息外，不执行对外的网络功能，当主级失效时，BACKUP将接管原先MASTER的网络功能。
5）VRRP协议配置时，需要配置每个路由器的虚拟路由ID(VRID)和优先权值，使用VRID将路由器进行分组，具有相同VRID值的路由器为同一个组，VRID是一个0-255的整整数，；同一个组中的路由器通过使用优先权值来选举MASTER。，优先权大者为MASTER，优先权也是一个0-255的正整数。

keepalived工作原理
keepalived可提供vrrp以及health-check功能，可以只用它提供双机浮动的vip（vrrp虚拟路由功能），这样可以简单实现一个双机热备高可用功能；keepalived是以VRRP虚拟路由冗余协议为基础实现高可用的，可以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（该路由器所在局域网内其他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，这时就需要根据VRRP的优先级来选举一个backup当master。这样的话就可以保证路由器的高可用了。

下图是keepalived的组件图

keepalived也是模块化设计，不同模块复杂不同的功能，它主要有三个模块，分别是core、check和VRRP，其中：
core模块：为keepalived的核心组件，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，包括常见的各种检查方式；
VRRP模块：是来实现VRRP协议的。

system call:系统调用
watch dog:监控check和vrrp进程的看管者，check负责检测器子进程的健康状态，当其检测到master上的服务不可用时则通告vrrp将其转移至backup服务器上。

除此之外，keepalived还有下面两个组件：
libipfwc：iptables(ipchains)库，配置LVS会用到
libipvs*：配置LVS会用到
注意，keepalived和LVS完全是两码事，只不过他们各负其责相互配合而已。

keepalived正常启动的时候，共启动3个进程：
一个是父进程，负责监控其子进程；一个是VRRP子进程，另外一个是checkers子进程；
两个子进程都被系统watchlog看管，两个子进程各自负责复杂自己的事。
Healthcheck子进程检查各自服务器的健康状况，，例如http,lvs。如果healthchecks进程检查到master上服务不可用了，就会通知本机上的VRRP子进程，让他删除通告，并且去掉虚拟IP，转换为BACKUP状态。

Keepalived作用
Keepalived主要用作RealServer的健康状态检查以及LoadBalance主机和BackUP主机之间failover的实现。Keepalived的作用是检测web服务器的状态，如果有一台web服务器死机，或工作出现故障，Keepalived将检测到，并将有故障的web服务器从系统中剔除，当web服务器工作正常后Keepalived自动将web服务器加入到服务器群中，这些工作全部自动完成，不需要人工干涉，需要人工做的只是修复故障的web服务器。

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Keepalived和Heartbeat之间的对比
1）Keepalived使用更简单：从安装、配置、使用、维护等角度上对比，Keepalived都比Heartbeat要简单得多，尤其是Heartbeat2.1.4后拆分成3个子项目，安装、配置、使用都比较复杂，尤其是出问题的时候，都不知道具体是哪个子系统出问题了；而Keepalived只有1个安装文件、1个配置文件，配置文件也简单很多；
2）Heartbeat功能更强大：Heartbeat虽然复杂，但功能更强大，配套工具更全，适合做大型集群管理，而Keepalived主要用于集群倒换，基本没有管理功能；
3）协议不同：Keepalived使用VRRP协议进行通信和选举，Heartbeat使用心跳进行通信和选举；Heartbeat除了走网络外，还可以通过串口通信，貌似更可靠；
Keepalived使用的vrrp协议方式，虚拟路由冗余协议 ；Heartbeat是基于主机或网络的服务的高可用方式；
Keepalived的目的是模拟路由器的双机；Heartbeat的目的是用户service的双机
4）使用方式基本类似：如果要基于两者设计高可用方案，最终都要根据业务需要写自定义的脚本，Keepalived的脚本没有任何约束，随便怎么写都可以；Heartbeat的脚本有约束，即要支持service start/stop/restart这种方式，而且Heartbeart提供了很多默认脚本，简单的绑定ip，启动apache等操作都已经有了；

使用建议：
优先使用Keepalived，当Keepalived不够用的时候才选择Heartbeat
lvs的高可用建议用Keepavlived
业务的高可用用Heartbeat