Keepalived 原理與實戰

時間  2020-05-25
標籤 keepalived 原理 實戰 欄目 負載均衡 简体版
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隨着系統架構的逐漸演化，服務器的數量和結構會愈來愈複雜，例如 Web 服務器集羣的搭建，提升了系統的性能，同時也提升了系統維護的複雜度，咱們須要對集羣中各臺服務器進行監控，來保證爲用戶提供服務的是正常運行的服務器，總體系統的 可用性就相當重要。

Keepalived 簡介

什麼是Keepalived ？

Keepalived一個基於VRRP 協議來實現的 LVS 服務高可用方案，能夠利用其來解決單點故障。一個LVS服務會有2臺服務器運行Keepalived，一臺爲主服務器（MASTER），一臺爲備份服務器（BACKUP），可是對外表現爲一個虛擬IP，主服務器會發送特定的消息給備份服務器，當備份服務器收不到這個消息的時候，即主服務器宕機的時候， 備份服務器就會接管虛擬IP，繼續提供服務，從而保證了高可用性。html

Keepalived 的做用

如上述所說，Keepalived 提供了很好的高可用性保障服務，它能夠檢查服務器的狀態，若是有服務器出現問題，Keepalived 會將其從系統中移除，而且同時使用備份服務器代替該服務器的工做，當這臺服務器能夠正常工做後，Keepalived 再將其放入服務器羣中，這個過程是 Keepalived 自動完成的，不須要人工干涉，咱們只須要修復出現問題的服務器便可。linux

Keepalived 原理

基於VRRP協議的理解

Keepalived 是以 VRRP 協議爲實現基礎的，VRRP全稱Virtual Router Redundancy Protocol，即虛擬路由冗餘協議。nginx

虛擬路由冗餘協議，能夠認爲是實現路由器高可用的協議，即將N臺提供相同功能的路由器組成一個路由器組，這個組裏面有一個master 和多個 backup，master 上面有一個對外提供服務的 VIP(Virtual IP Address)（該路由器所在局域網內其餘機器的默認路由爲該 vip），master 會發組播，當 backup 收不到 vrrp 包時就認爲 master 宕掉了，這時就須要根據 VRRP 的優先級來選舉一個 backup 當 master。這樣的話就能夠保證路由器的高可用了。web

keepalived 主要有三個模塊，分別是core、check 和 vrrp。core 模塊爲keepalived的核心，負責主進程的啓動、維護以及全局配置文件的加載和解析。check 負責健康檢查，包括常見的各類檢查方式。vrrp 模塊是來實現 VRRP 協議的。shell

基於TCP/IP協議的理解

以檢測 web 服務器爲例，Keepalived 從3個層次來檢測服務器的狀態vim

Layer3 、Layer4 以及 Layer7 工做在IP/TCP協議棧的IP層，TCP層，及應用層,原理分別以下：bash

Layer3：服務器

Keepalived使用Layer3的方式工做時，Keepalived會按期向服務器羣中的服務器發送一個ICMP的數據包（既咱們平時用的Ping程序）,若是發現某臺服務的IP地址沒有激活，Keepalived 便報告這臺服務器失效，並將它從服務器羣中剔除，這種狀況的典型例子是某臺服務器被非法關機。Layer3 的方式是以服務器的IP地址是否有效做爲服務器工做正常與否的標準。網絡

Layer4:架構

若是您理解了Layer3的方式，Layer4就容易了。Layer4主要以TCP 端口的狀態來決定服務器工做正常與否。如 web server 的服務端口通常是80，若是 Keepalived 檢測到80端口沒有啓動，則 Keepalived 將把這臺服務器從服務器羣中剔除。

Layer7：

Layer7 就是工做在具體的應用層了，比Layer3,Layer4要複雜一點，在網絡上佔用的帶寬也要大一些。Keepalived 將根據用戶的設定檢查服務器程序的運行是否正常，若是與用戶的設定不相符，則 Keepalived 將把服務器從服務器羣中剔除。

Keepalived 雙機主備原理

Keepalived 選舉策略

選舉策略

首先，每一個節點有一個初始優先級，由配置文件中的priority配置項指定，MASTER 節點的 priority 應比 BAKCUP 高。運行過程當中 keepalived 根據 vrrp_script 的 weight 設定，增長或減少節點優先級。規則以下：

  1. weight值爲正時,腳本檢測成功時」weight」值會加到」priority」上,檢測失敗時不加

    • 主失敗: 主priority < 備priority+weight之和時會切換
    • 主成功: 主priority+weight之和 > 備priority+weight之和時,主依然爲主,即不發生切換

  2. weight爲負數時,腳本檢測成功時」weight」不影響」priority」,檢測失敗時,Master節點的權值將是「priority「值與「weight」值之差

    • 主失敗: 主priotity-abs(weight) < 備priority時會發生切換
    • 主成功: 主priority > 備priority 不切換
  3. 當兩個節點的優先級相同時，以節點發送VRRP通告的 IP 做爲比較對象，IP較大者爲MASTER。

priority 和 weight 的設定

  1. 主從的優先級初始值priority和變化量weight設置很是關鍵，配錯的話會致使沒法進行主從切換。好比，當MASTER初始值定得過高，即便script腳本執行失敗，也比BACKUP的priority + weight大，就無法進行VIP漂移了。
  2. 因此priority和weight值的設定應遵循: abs(MASTER priority - BAKCUP priority) < abs(weight)。通常狀況下，初始值MASTER的priority值應該比較BACKUP大，但不能超過weight的絕對值。 另外，當網絡中不支持多播(例如某些雲環境)，或者出現網絡分區的狀況，keepalived BACKUP節點收不到MASTER的VRRP通告，就會出現腦裂(split brain)現象，此時集羣中會存在多個MASTER節點。

Keepalived 實戰進階

Keepalived 安裝部署

  1. 下載安裝包

Keepalived 官網下載地址：https://www.keepalived.org/do...

image-20200521210358933

  1. 解壓

    tar -zxvf keepalived-2.0.18.tar.gz
  2. 解壓後進入到解壓出來的目錄，看到會有configure，那麼就能夠作配置了（配置安裝和nginx如出一轍）

    image-20200521210723704

  3. 使用configure命令配置安裝目錄與核心配置文件所在位置

    ./configure --prefix=/usr/local/keepalived --sysconf=/etc
    • prefix：keepalived安裝的位置
    • sysconf：keepalived核心配置文件所在位置，固定位置，改爲其餘位置則keepalived啓動不了，/var/log/messages中會報錯

配置過程當中可能會出現警告信息，以下所示：

image-20200521211303189

解決方法：安裝 libnl/libnl-3 依賴 yum -y install libnl libnl-devel，從新configure一下就行了。

  1. 安裝keepalived

    make && make install
  2. 進入到/etc/keepalived，該目錄下爲keepalived核心配置文件

Keepalived 配置

把 Keepalived 註冊爲系統服務

進入解壓縮安裝包的 etc 文件夾

image-20200521222326891

將系統配置文件拷貝至系統 etc文件

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

刷新系統服務，加載新添加的 Keepalived 服務

systemctl daemon-reload

主服務器（Master）配置

  1. 經過命令 vim keepalived.conf 打開配置文件，詳細配置以下
global_defs {
   # 路由id：當前安裝keepalived的節點主機標識符，保證全局惟一
   router_id keep_104
}

vrrp_instance VI_1 {
    # 表示狀態是MASTER主機仍是備用機BACKUP
    state MASTER
    # 該實例綁定的網卡名稱
    interface ens33
    # 保證主備節點一致便可
    virtual_router_id 51
    # 權重，master權重通常高於backup，若是有多個，那就是選舉，誰的權重高，誰就當選
    priority 100
    # 主備之間同步檢查時間間隔，單位秒
    advert_int 2
    # 認證權限密碼，防止非法節點進入
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    # 虛擬出來的ip，能夠有多個（vip）
    virtual_ipaddress {
        192.168.1.108
    }
}

附：查看網卡名稱

image-20200521214418246

  1. 啓動 Keepalived

    在sbin目錄中進行啓動（同nginx），以下圖：

    image-20200521214728691

  2. 查看進程

    ps -ef|grep keepalived

    image-20200521214838919

  3. 查看虛擬 IP（VIP）

    在網卡 ens33 下，多了一個 192.168.1.108 ，這個就是虛擬ip

    image-20200521220643981

Keepalived 實現雙機主備高可用

在配置完 Keepalived 主服務器節點後，接下來就能夠配置備用服務器節點了，備用服務器配置以下：

global_defs {
   router_id keep_105
}

vrrp_instance VI_1 {
    # 備用機設置爲BACKUP
    state BACKUP
    interface ens33
    virtual_router_id 51
    # 權重低於MASTER
    priority 80
    advert_int 2
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        # 注意：主備兩臺的vip都是同樣的，綁定到同一個vip
        192.168.1.108
    }
}

啓動 Keepalived

# 啓動keepalived
systemctl start keepalived
# 中止keepalived
systemctl stop keepalived
# 重啓keepalived
systemctl restart keepalived

查看備用服務器 Keepalived 進程

image-20200522235349567

如今主服務器節點 192.168.1.104以及備用服務器節點 192.168.1.105以及 Keepalived 虛擬 IP 192.168.1.105已配置完畢

image-20200522235637330

image-20200522235724708

這裏我在本地將 Keepalived 虛擬IP 192.168.1.108已映射至 www.keep.com

image-20200522235859619

因此直接訪問 www.keep.com 便可訪問主服務器節點

image-20200523000014318

當主服務器節點的 Keepalived 服務不可用時（這裏我直接將主服務器的 Keepalived 服務直接中止systemctl stop keepalived.service，便於測試），虛擬IP 自動綁定至備用服務器節點地址

image-20200523000333384

Keepalived 配置 Nginx 自動重啓

  1. 增長Nginx重啓檢測腳本

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

A=`ps -C nginx --no-header |wc -l`
# 判斷nginx是否宕機，若是宕機了，嘗試重啓
if [ $A -eq 0 ];then
    /usr/local/nginx/sbin/nginx
    # 等待一小會再次檢查nginx，若是沒有啓動成功，則中止keepalived，使其啓動備用機
    sleep 3
    if [ `ps -C nginx --no-header |wc -l` -eq 0 ];then
        killall keepalived
    fi
fi

    增長運行權限

    chmod +x /etc/keepalived/check_nginx_alive_or_not.sh

  2. 在 keepalived.conf 配置定時監聽 nginx 狀態腳本

    vrrp_script check_nginx_alive {
    script "/etc/keepalived/check_nginx_alive_or_not.sh"
    interval 2 # 每隔兩秒運行上一行腳本
    weight 10 # 若是腳本運行成功，則升級權重+10
    # weight -10 # 若是腳本運行失敗，則升級權重-10
}

  3. 在vrrp_instance中新增監控的腳本

    track_script {
    check_nginx_alive   # 追蹤 nginx 腳本
}

  4. 重啓Keepalived使得配置文件生效

    systemctl restart keepalived

Keepalived 實現雙主熱備高可用

image-20200523004644961

首先須要配置雲服務的 DNS 解析配置和負載均衡，詳細配置參考：

Keepalived 雙主熱備詳細配置：

規則：以一個虛擬ip分組歸爲同一個路由

主節點配置

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
    }
}

備用節點配置

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
    }
}

參考文檔

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