keepalived高可用集群技术介绍及实战演练

Posted 2020-10-14

一、Keepalived是什么

Keepalived的作用是检测服务器的状态，如果有一台web服务器宕机，或工作出现故障，Keepalived将检测到，并将有故障的服务器从系统中剔除，同时使用其他服务器代替该服务器的工作，当服务器工作正常后Keepalived自动将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服务器。

二、Keepalived的特性

配置文件简单：配置文件比较简单，可通过简单配置实现高可用功能

稳定性强：keepalived是一个类似于layer3, 4&7交换机制的软件，具备我们平时说的第3层、第4层和第7层交换机的功能，常用于前端负载均衡器的高可用服务，当主服务器出现故障时，可快速进行切换，监测机制灵活，成功率高。

成本低廉：开源软件，可直接下载配置使用，没有额外费用。

应用范围广：因为keepalived可应用在多个层面，所以它几乎可以对所有应用做高可用，包括LVS、数据库、http服务、nginx负载均衡等等

支持多种类型：支持主从模式、主主模式高可用，可根据业务场景灵活选择。

三、keepalived工作流程

keepalived主要模块是VRRP Stack和Cheackers，实现HA集群中失败切换（Failover)功能。Keepalived通过VRRP功能能再结合LVS负载均衡软件即可部署一个高性能的负载均衡集群系统。Cheackers主要实现可实现对服务器运行状态检测和故障隔离。，其中ipvs和realserver健康状态检查通过配置文件配置就可以实现，而其他服务高可用则需要通过自己编写脚本，然后配置keepalived调用来实现。Keepalived运行有3个守护进程。父进程主要负责读取配置文件初始化、监控2个子进程等；然后两个子进程，一个负责VRRP，另一个负责Cheackers健康检查。其中父进程监控模块为WacthDog，工作实现：每个子进程打开一个接受unix域套接字，父进程连接到那些unix域套接字并向子进程发送周期性（5s）hello包。上图是Keepalived的功能体系结构，大致分两层：用户空间（user space）和内核空间（kernel space）。内核空间：主要包括IPVS（IP虚拟服务器，用于实现网络服务的负载均衡）和NETLINK（提供高级路由及其他相关的网络功能）两个部份。

四、什么是vrrp协议

VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol，虚拟路由冗余协议）可以认为是实现路由器高可用的协议，简单的说，当一个路由器故障时可以由另一个备份路由器继续提供相同的服务。VRRP根据优先级来确定虚拟路由器中每台路由器的角色（Master路由器或Backup路由器）。VRRP优先级的取值范围为0到255（数值越大表明优先级越高），可配置的范围是1到254，优先级0为系统保留给路由器放弃Master位置时候使用，255则是系统保留给IP地址拥有者使用。优先级越高，则越有可能成为Master路由器。当两台优先级相同的路由器同时竞争Master时，比较接口IP地址大小。接口地址大者当选为Master。

五、keepalived的应用场景

在网络层、数据链路层，运行着4个重要的协议：互联网协议IP、互联网控制报文协议ICMP、地址转换协议ARP以及反向地址转换协议RARP。Keepalived在网络层采用的最常见的工作方式是通过ICMP协议向服务器集群中的那个节点发送一个ICMP数据包（类似于ping实现的功能），如果某个节点没有返回响应数据包，那么认为此节点发生了故障，Keepalived将报告次节点失效，并从服务器集群中剔除故障节点。在传输层，提供了两个主要的协议：传输控制协议TCP和用户数据协议UDP。传输控制协议TCP可以提供可靠的数据传输服务、Ip地址和端口代表TCP的一个连接端。要获得TCP服务，需要在发送机的一个端口上和接收机的一个端口上建立连接，而Keepalived在传输层就是利用TCP协议的端口连接和扫描技术来判断集群点是否正常的。比如，对于常见的WEB服务默认的80端口、SSH服务默认的22端口等，Keepalived一旦在传输层探测到这些端口没有响应数据返回，就认为这些端口发生异常，然后强制将此端口对应得节点从服务器集群组中移除。在应用层，可运行FTP、TELNET、HTTP、DNS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运行正常，如果Keepalived的检测结果与用户设定不一致时，Keepalived将把对应的服务从服务器中移除。

六、keepalived配置文件分析

global_defs { #全局配置

notification_email { #realserver故障时通知邮件的收件人地址，可以多个
[email protected]
}
notification_email_from root_keepalived #发件人信息（可以随意伪装，因为邮件系统不会验证处理发件人信息）
smtp_server 127.0.0.1 #发邮件的服务器（一定不可为外部地址）
smtp_connect_timeout 30 #连接超时时间
router_id KEEPALIVED #路由器的标识（可以随便改动）
}

vrrp_instance VI_1  { #配置虚拟路由器的实例，VI_1是自定义的实例名称

state MASTER #初始状态，MASTER|BACKUP，当state指定的instance的初始化状态，在两台服务器都启动以后，马上发生竞选，优先级高的成为MASTER，所以这里的MASTER并不是表示此台服务器一直是MASTER
interface eth0 #通告选举所用端口
virtual_router_id 51 #虚拟路由的ID号（一般不可大于255）
priority 101 #优先级信息 #备节点必须更低
advert_int 1 #VRRP通告间隔，秒
authentication {
auth_type PASS #认证机制
auth_pass 5344 #密码（尽量使用随机）
}
nopreempt #非抢占模式
virtual_server 192.168.18.240 80 { #设置一个virtual server:VIP:Vport
delay_loop 3 # service polling的delay时间，即服务轮询的时间间隔
lb_algo rr #LVS调度算法：rr|wrr|lc|wlc|lblc|sh|dh
lb_kind DR #LVS集群模式：NAT|DR|TUN
persistence_timeout 120 #会话保持时间（持久连接，秒），即以用户在120秒内被分配到同一个后端realserver
nat_mask 255.255.255.255
protocol TCP #健康检查用的是TCP还是UDP主要，后端有几台这里就要设置几个
real_server 192.168.18.251 80 { #后端真实节点主机的权重等设置，主要，后端有几台这里就要设置几个
weight 1 #给每台的权重，rr无效
inhibit_on_failure #表示在节点失败后，把他权重设置成0，而不是IPVS中删除
url {

path /
status_code 200
}
TCP_CHECK {
    connect_timeout 2 #连接超时时间
    nb_get_retry 3 #重连次数
delay_before_retry 1 #重连间隔
}

七、实战演练

实现基于keepalived高可用集群：

    一、环境准备：centos系统主从两台、yum源、防火墙关闭、各节点时钟服务同步、各节点之间可以通过主机名互相通信
    二、安装步骤：

1、iptables -F && setenforing 清空防火墙策略，关闭selinux 2、两台服务器都使用yum方式安装keepalived服务

    三、修改配置文件:

1．修改/etc/keepalived/keepalived.conf配置文件内容 2、对glob段进行定义，添加管理员邮箱等 3、对vrrp_instance 进行配置，配置一主一从，定义一个基于虚拟IP的实例

    四、检验高可用的效果

1、配置完成后，观察两侧IP的是情况，看是否虚拟IP在主上配置成功 2、检查主从服务日志，服务是否运行正常，监测机制是否有效 3、停掉主服务上的keepalived服务，看虚拟IP是否正常转移到从节点上 4、观察日志，了解整个切换过程，之后启动主节点服务，看虚拟IP能否被主服务再接管

实现keepalived企业级高可用基于LVS-DR模式的应用实战

    一、环境准备：两台centos系统做DR、一主一从，两台实现过基于LNMP的电子商务网站（提前分配好各个主机的角色并注意不要搞混IP地址）

    二、安装步骤：
        1、两台服务器都使用yum方式安装keepalived服务
        2、iptables -F && setenforing 清空防火墙策略，关闭selinux

    三、配置基于DR模式的LVS负载均衡集群:
        1、修改keepalived主(lvs-server-master)配置文件实现全局配置以及virtual_instance
    global_defs {
       notification_email {
       [email protected]
       }
       notification_email_from [email protected]
       smtp_server 172.17.0.1
       smtp_connect_timeout 30
       router_id LVS_DEVEL
    }

    vrrp_instance VI_1 {
        state MASTER
        interface ens34
        virtual_router_id 87
        priority 100
        advert_int 1
        authentication {
            auth_type PASS
            auth_pass 666666
        }
        virtual_ipaddress {
            172.17.251.197
        }
    }

        2、修改keepalived主(lvs-server-master)配置文件实现virtual_server
    
    virtual_server 172.17.251.197 80 {
        delay_loop 6
        lb_algo wrr （调度算法）
        lb_kind DR   （工作模式）
        nat_mask 255.255.255.255
        persistence_timeout 600
        protocol TCP

        real_server 172.17.253.114 80 {
            weight 1
            HTTP_GET {
                url {
                  path /
                }
                connect_timeout 3
                nb_get_retry 3
                delay_before_retry 3
            }
        }

    real_server 172.17.250.142 80{
            weight 1
            HTTP_GET {
                url {
                  path /
                }
                connect_timeout 3
                nb_get_retry 3
                delay_before_retry 3
            }
        }
    }
        3、修改keepalived从(lvs-server-backup)配置文件实现virtual_instance
    global_defs {
       notification_email {
       [email protected]
       }
       notification_email_from [email protected]
       smtp_server 172.17.0.1
       smtp_connect_timeout 30
       router_id LVS_DEVEL
    }

    vrrp_instance VI_1 {
        state MASTER
        interface ens34
        virtual_router_id 87
        priority 100
        advert_int 1
        authentication {
            auth_type PASS
            auth_pass 666666
        }
        virtual_ipaddress {
            172.17.251.197
        }
    }

        4、修改keepalived从(lvs-server-backup)配置文件实现virtual_server
    
    virtual_server 172.17.251.197 80 {
        delay_loop 6
        lb_algo wrr
        lb_kind DR
        nat_mask 255.255.255.255
        persistence_timeout 600
        protocol TCP

        real_server 172.17.253.114 80 {
            weight 1
            HTTP_GET {
                url {
                  path /
                }
                connect_timeout 3
                nb_get_retry 3
                delay_before_retry 3
            }
        }

    real_server 172.17.250.142 80{
            weight 1
            HTTP_GET {
                url {
                  path /
                }
                connect_timeout 3
                nb_get_retry 3
                delay_before_retry 3
            }
        }
    }

注意：

1、在配置完keepalived配置文件之后需要检查real server中是否配置VIP到本地回环网卡lo上，并只广播自己。

2、在配置文件中需要注意借口不要写错

3、keepalived主(lvs-server-master)配置文件与从配置文件除了  state（状态）、interface（VIP接口）、 priority（权重）不同之外其他的内容都一样，所以可以在完成主配置文件后直接将主配置文件copy到从配置文件，修改对应的信息即可。

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