[Linux系统] (7)Keepalived高可用
一、解决LVS server单点故障
如果集群中只有一台LVS server提供数据包分发服务，如果宕机，则会导致所有的业务重点，因为所有的请求都无法到达后面的Real server。
此时我们可以采用多台LVS server形成主备模型，来解决单点故障的问题。需要解决的细节有以下几个方面：
1）备机如何得知主机宕机
要解决这个问题，有两种解决方案：
- 一种是每台备机定期向主机询问，看主机是否宕机。
- 第二种是主机定时进行广播，所有备机只要定期能收到广播包，就说明主机正常运行，连续多次未收到包，则说明主机宕机。
2）主机宕机后，哪台备机接替成为主机
有两个策略：
- 选举：推荐，得票最多的接替主机
- 谦让：每台服务器都配一个数字，谁数字最大谁就接替主机
在Keepalived的方案中，我们选用主机广播和谦让两种模式来解决LVS server单点故障问题。
二、解决Real server宕机检测问题
Real server发生宕机时，必须动态的从LVS server上剔除该宕机的Real server。所以必须要有监控机制。
1）通过ping的方式查看主机状态：只能证明主机三层网络是否正常，而无法证明业务是否正常。
2）Real server提供一个专用页面，让一个第三方程序定时访问，如果返回200，则表示业务正常。
Keepalived提供第二种方案来确保业务的监控准确性。
三、Keepalived原理
VRRP协议（虚拟路由冗余协议）—— Virtual Router Redundancy Protocol
作用是在LVS server宕机时，将VIP漂移到备机上，可以实现短时间内的业务切换。
Keepalived是用户控件的程序，可以代替ipvsadm来直接调用内核LVS提供的接口，所以我们无需安装ipvsadm软件。但是ipvsadm可以提供一些方面的命令来查看LVS的运行状态，例如ipvsadm -lnc，所以建议安装。
yum install keepalived -y
Keepalived是通过配置文件来进行配置的，我们无需手工配置LVS，所以在启动keepalived后，所有LVS配置都会自动完成。
# 配置文件
vi /etc/keepalived/keepalived.conf
# 查看日志
tail /var/log/message
四、Keepalived实验
1.系统准备
准备四台干净的虚拟机位于同一局域网，网段为192.168.1.0。
四台虚拟机IP分别是：
LVS server 1：192.168.1.199 (DIP)
LVS server 2：192.168.1.200 (DIP)
Real server 1：192.168.1.201 (RIP)
Real server 2：192.168.1.202 (RIP)
2.为两台LVS server安装ipvsadm（也可以不安装）
yum install ipvsadm -y
# 如果之前手工配置过LVS，则清除配置
ipvsadm -C
3.配置两台Real server
修改配置使其可以隐藏VIP：
# 只响应询问自己地址的请求，不回应位于lo的VIP
echo > /proc/sys/net/ipv4/conf/eth0/arp_ignore
# 只主动播报与本接口地址匹配的信息
echo > /proc/sys/net/ipv4/conf/eth0/arp_announce # 为所有网卡添加同样配置，比如后续添加新的网卡
echo > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
echo > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
给lo配置VIP：
ifconfig lo: 192.168.1.10 netmask 255.255.255.255
安装httpd：
yum install httpd -y
在httpd的发布目录下写一个简单的页面index.html：
cd /var/www/html
vi index.html from real-server-1
启动httpd服务：
systemctl start httpd
4.安装keepalived
为两台LVS server都安装keepalived：
yum install keepalived -y
5.配置keepalived
备份配置文件：
cd /etc/keepalived
cp keepalived.conf keepalived.conf.bak
查看配置文件：
[root@lvs-server- keepalived]# more keepalived.conf
! Configuration File for keepalived global_defs {
notification_email {
acassen@firewall.loc
failover@firewall.loc
sysadmin@firewall.loc
}
notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc
smtp_server 192.168.200.1
smtp_connect_timeout
router_id LVS_DEVEL
vrrp_skip_check_adv_addr
vrrp_strict
vrrp_garp_interval
vrrp_gna_interval
} vrrp_instance VI_1 {
state MASTER
interface eth0
virtual_router_id
priority
advert_int
authentication {
auth_type PASS
auth_pass
}
virtual_ipaddress {
192.168.200.16
192.168.200.17
192.168.200.18
}
} virtual_server 192.168.200.100 {
delay_loop
lb_algo rr
lb_kind NAT
persistence_timeout
protocol TCP real_server 192.168.201.100 {
weight
SSL_GET {
url {
path /
digest ff20ad2481f97b1754ef3e12ecd3a9cc
}
url {
path /mrtg/
digest 9b3a0c85a887a256d6939da88aabd8cd
}
connect_timeout
nb_get_retry
delay_before_retry
}
}
}
我们可以看到，配置文件中是按模块配置的，主要有三大模块：
global_defs：全局配置，配置一些邮件信息，出现问题的时候可以发邮件给管理者。
vrrp_instance：VRRP冗余协议配置。
virtual_server：虚拟服务配置（也就是配置LVS server的冗余，其中包含后端的多个Real server配置）
vrrp_instance配置部分：
# 这是模板
vrrp_instance VI_1 {
state MASTER
interface eth0
virtual_router_id
priority
advert_int
authentication {
auth_type PASS
auth_pass
}
virtual_ipaddress {
192.168.200.16
192.168.200.17
192.168.200.18
}
}
解释：
1.state可以有MASTER和BACKUP两种，例如企业中多台LVS的主备配置不一样，配置最好的设置为MASTER，其他设为BACKUP。当Master宕机，则有某台BACKUP接替，能MASTER抢修好了，MASTER会抢回主机角色。
注意：这种主修复好后立刻抢回主机角色的模式，主要用于LVS这种四层负载，因为LVS无需保存业务上下文，主备切换的成本很低。主备机器除了一个拥有VIP，一个没有VIP的区别意外，其他都是一样的，主备都是随时监测Real server的状态，实时更新Real server的列表，所以无论是主机还是备机，他们都能提供正确的服务。
而像nginx那种基于7层业务的负载均衡，则在主备切换的前后需要进行大量元数据的同步，如果主机修复好后，马上抢回主机的角色，则需要在抢回之前锁定备机，进行元数据同步，此时会导致备机无法提供业务。切换成本很高。
2.interface配置的是心跳广播使用哪个网卡，可以和业务公用一个网卡，例如eth0，也可以单独走一个网络（使用eth1）。
3.virtual_router_id是一套keepalived的ID，例如一个企业可能有多套keepalived，使用该ID区分，以免混淆。
4.priority就是优先级，每台机器不管主备都应该是不一样的，例如主机是100，备机是99、98、97......，用于备机接替主机时谦让选举。
5.advert_int、authentication 是用作验证，无需关心。
6.virtual_ipaddress：192.168.1.10/24 dev eth0 label eth0:8
virtual_ipaddress {
192.168.1.10/ dev eth0 label eth0:
}
如果配置不知道怎么配，可以使用man查看帮助文档：
man keepalived.conf
在帮助文档中搜索关键字，例如 virtual_ipaddress。
配置完后如下：
# 这是当前实验的配置(LVS server )
vrrp_instance VI_1 {
state MASTER
interface eth0
virtual_router_id
priority
advert_int
authentication {
auth_type PASS
auth_pass
}
virtual_ipaddress {
192.168.1.10/ dev eth0 label eth0:
}
}
以上配置提供给Keepalived自动去配置LVS server的VIP，当然只有MASTER才会被真正配置VIP，因为配有VIP的LVS就是提供服务的LVS。
virtual_server配置部分：
virtual_server 192.168.200.100 {
delay_loop
lb_algo rr
lb_kind NAT
persistence_timeout
protocol TCP
real_server 192.168.201.100 {
weight
SSL_GET {
url {
path /
digest ff20ad2481f97b1754ef3e12ecd3a9cc
}
url {
path /mrtg/
digest 9b3a0c85a887a256d6939da88aabd8cd
}
connect_timeout
nb_get_retry
delay_before_retry
}
}
}
解释：
以下几项是对LVS内核的配置：
1.virtual_server 后面的IP地址就是VIP地址以及端口，例如我们配为192.168.1.10 80。
2.lb_algo是转发模式，rr为轮询。
3.lb_kind负载均衡的模式，我们选择DR。
4.persistence_timeout：例如某个用户频繁访问，如果该timeout设置为0，则每次访问都可能被分配到不同的Real server，一次访问Real server可能会为该用户分配内存空间和创建一些对象。如果每次访问都被分配到不同的Real server，则意味着这些Real server都要为该用户分配一些内存空间和创建一些对象，这样回造成服务器资源的浪费。所以我们设置该timeout为长一点的时间，在这个时间范围会，一个用户重复访问资源，都将其分到同一个Real server（也就是在LVS上记录他上次分到的Real server，一段时间内的其他请求也发给那个Real server）。正常业务时可以设置为180s。我们这里配置为0，用于测试。
至此LVS就算配置完了，后面的real_server是对Real server的配置：
1.real_server后面的IP和端口就是真实提供服务的real server的IP以及Httpd的端口，这里是192.168.1.201 80。
2.weight是Real server的权重，如果一台为1，一台为2，则第二台被分配到的链接数量是第一台的两倍。
3. SSL_GET开始，就是Real server的健康检查部分，这里的SSL是对应https协议。我们这里采用的是http协议，所以修改为HTTP_GET。
4.url是提供给keepalived访问的一个页面，专门用来判断Real server的业务是否正常。这里用index.html页面代替。用返回状态200所谓判断依据。
url {
path /
status_code
}
5.connect_timeout是访问测试页面超时的时间，nb_get_retry是重试次数，delay_before_retry是重试前延迟时间，可以保持默认。
配置完如下：
virtual_server 192.168.1.10 {
delay_loop
lb_algo rr
lb_kind DR
persistence_timeout
protocol TCP
real_server 192.168.1.201 {
weight
HTTP_GET {
url {
path /
status_code
}
connect_timeout
nb_get_retry
delay_before_retry
}
}
real_server 192.168.1.202 {
weight
HTTP_GET {
url {
path /
status_code
}
connect_timeout
nb_get_retry
delay_before_retry
}
}
}
这样就将LVS内核以及需要健康检查的两台Real server都配置好了。
除了以上三个主要部分的配置，后面的配置模板可以全部删除了。
配置另一台LVS server：
将配置好的配置文件拷贝到另外一台需要配置得LVS server，只需要修改vrrp_instance 模块中的state，将其修改为BACKUP。并将priority修改为99。
6.启动keepalived
启动MASTER机器的keepalive：
systemctl start httpalived
启动后，我们查看ifconfig：
[root@lvs-server- keepalived]# ifconfig
eth0: flags=<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu
inet 192.168.1.199 netmask 255.255.255.0 broadcast 192.168.1.255
inet6 240e::c0:ddc0:20c:29ff:fe86:f385 prefixlen scopeid 0x0<global>
inet6 fe80::20c:29ff:fe86:f385 prefixlen scopeid 0x20<link>
ether :0c:::f3: txqueuelen (Ethernet)
RX packets bytes (62.5 MiB)
RX errors dropped overruns frame
TX packets bytes (601.2 KiB)
TX errors dropped overruns carrier collisions eth0:8: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu 1500
inet 192.168.1.10 netmask 255.255.255.0 broadcast 0.0.0.0
ether 00:0c:29:86:f3:85 txqueuelen 1000 (Ethernet) lo: flags=<UP,LOOPBACK,RUNNING> mtu
inet 127.0.0.1 netmask 255.0.0.0
inet6 :: prefixlen scopeid 0x10<host>
loop txqueuelen (Local Loopback)
RX packets bytes (0.0 B)
RX errors dropped overruns frame
TX packets bytes (0.0 B)
TX errors dropped overruns carrier collisions
发现keepalive为我们自动创建了VIP（MASTER上）。
启动备机BACKUP的keepalive：
systemctl start keepalived
[root@lvs-server- keepalived]# ifconfig
eth0: flags=<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu
inet 192.168.1.200 netmask 255.255.255.0 broadcast 192.168.1.255
inet6 240e::c0:ddc0:20c:29ff:fea5: prefixlen scopeid 0x0<global>
inet6 fe80::20c:29ff:fea5: prefixlen scopeid 0x20<link>
ether :0c::a5:: txqueuelen (Ethernet)
RX packets bytes (22.7 MiB)
RX errors dropped overruns frame
TX packets bytes (653.6 KiB)
TX errors dropped overruns carrier collisions lo: flags=<UP,LOOPBACK,RUNNING> mtu
inet 127.0.0.1 netmask 255.0.0.0
inet6 :: prefixlen scopeid 0x10<host>
loop txqueuelen (Local Loopback)
RX packets bytes (0.0 B)
RX errors dropped overruns frame
TX packets bytes (0.0 B)
TX errors dropped overruns carrier collisions
我们发现备机BACKUP启动keepalived后，并没有创建VIP，符合我们的预期。
7.验证负载均衡
使用ipvsadm -ln分别在主备LVS server上查看负载均衡情况：
查询结果一致：
[root@lvs-server- keepalived]# ipvsadm -ln
IP Virtual Server version 1.2. (size=)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP 192.168.1.10: rr
-> 192.168.1.201: Route
-> 192.168.1.202: Route
我们发现VIP和下挂的Real server都被正确监控。
此时使用浏览器来访问VIP：
发现无法打开页面，我们ping一下VIP：
发现也无法ping通。
检查keepalived配置文件，发现在global_defs中有一行为vrrp_strict，在两台LVS server上都将其注释掉：
global_defs {
notification_email {
acassen@firewall.loc
failover@firewall.loc
sysadmin@firewall.loc
}
notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc
smtp_server 192.168.200.1
smtp_connect_timeout
router_id LVS_DEVEL
vrrp_skip_check_adv_addr
# vrrp_strict
vrrp_garp_interval
vrrp_gna_interval
}
然后再次尝试ping，就能够ping通了，再次尝试浏览器访问VIP：
此时，发现能够正常访问了。。
8.测试异常情况
测试四种情况：
1）MASTER宕机时
2）MASTER恢复时
3）Real server宕机时
4）Real server恢复时
当LVS server的MASTER机器宕机时（使用down掉网卡来模拟）：
检查备机BACKUP也就是LVS server 2的网卡信息：
[root@lvs-server- ~]# ifconfig
eth0: flags=<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu
inet 192.168.1.200 netmask 255.255.255.0 broadcast 192.168.1.255
inet6 240e::c0:ddc0:20c:29ff:fea5: prefixlen scopeid 0x0<global>
inet6 fe80::20c:29ff:fea5: prefixlen scopeid 0x20<link>
ether :0c::a5:: txqueuelen (Ethernet)
RX packets bytes (407.8 KiB)
RX errors dropped overruns frame
TX packets bytes (285.6 KiB)
TX errors dropped overruns carrier collisions eth0:8: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu 1500
inet 192.168.1.100 netmask 255.255.255.0 broadcast 0.0.0.0
ether 00:0c:29:a5:77:56 txqueuelen 1000 (Ethernet) lo: flags=<UP,LOOPBACK,RUNNING> mtu
inet 127.0.0.1 netmask 255.0.0.0
inet6 :: prefixlen scopeid 0x10<host>
loop txqueuelen (Local Loopback)
RX packets bytes (0.0 B)
RX errors dropped overruns frame
TX packets bytes (0.0 B)
TX errors dropped overruns carrier collisions
发现备机被自动添加了VIP，说明keepalived运行正常。
当LVS MASTER恢复时（使网卡UP）：
检查备机BACKUP的网卡信息：
[root@lvs-server- ~]# ifconfig
eth0: flags=<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu
inet 192.168.1.200 netmask 255.255.255.0 broadcast 192.168.1.255
inet6 240e::c0:ddc0:20c:29ff:fea5: prefixlen scopeid 0x0<global>
inet6 fe80::20c:29ff:fea5: prefixlen scopeid 0x20<link>
ether :0c::a5:: txqueuelen (Ethernet)
RX packets bytes (439.2 KiB)
RX errors dropped overruns frame
TX packets bytes (308.5 KiB)
TX errors dropped overruns carrier collisions lo: flags=<UP,LOOPBACK,RUNNING> mtu
inet 127.0.0.1 netmask 255.0.0.0
inet6 :: prefixlen scopeid 0x10<host>
loop txqueuelen (Local Loopback)
RX packets bytes (0.0 B)
RX errors dropped overruns frame
TX packets bytes (0.0 B)
TX errors dropped overruns carrier collisions
发现eth:8消失。
检查恢复的主机MASTER的网卡信息：
[root@lvs-server- ~]# ifconfig
eth0: flags=<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu
inet 192.168.1.199 netmask 255.255.255.0 broadcast 192.168.1.255
inet6 240e::c0:ddc0:20c:29ff:fe86:f385 prefixlen scopeid 0x0<global>
inet6 fe80::20c:29ff:fe86:f385 prefixlen scopeid 0x20<link>
ether :0c:::f3: txqueuelen (Ethernet)
RX packets bytes (306.6 KiB)
RX errors dropped overruns frame
TX packets bytes (268.0 KiB)
TX errors dropped overruns carrier collisions eth0:7: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu 1500
inet 192.168.1.100 netmask 255.255.255.0 broadcast 0.0.0.0
ether 00:0c:29:86:f3:85 txqueuelen 1000 (Ethernet) lo: flags=<UP,LOOPBACK,RUNNING> mtu
inet 127.0.0.1 netmask 255.0.0.0
inet6 :: prefixlen scopeid 0x10<host>
loop txqueuelen (Local Loopback)
RX packets bytes (2.4 KiB)
RX errors dropped overruns frame
TX packets bytes (2.4 KiB)
TX errors dropped overruns carrier collisions
发现eth0:7被重新设置，也就是VIP漂移回MASTER了。keepalived运行正常。
当Real server 1的Httpd服务宕掉时：
[root@real-server- ~]# systemctl stop httpd
检查两个LVS的负载信息：
# MASTER
[root@lvs-server- ~]# ipvsadm -ln
IP Virtual Server version 1.2. (size=)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP 192.168.1.100: rr
-> 192.168.1.202: Route
# BACKUP
[root@lvs-server- ~]# ipvsadm -ln
IP Virtual Server version 1.2. (size=)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP 192.168.1.100: rr
-> 192.168.1.202: Route
我们发现两个LVS server上Real server列表中都将Real server 1剔除，keepalived运行正常。
当Real server 1的Httpd服务恢复时：
[root@real-server- ~]# systemctl start httpd
检查两个LVS的负载信息：
# MASTER
[root@lvs-server- ~]# ipvsadm -ln
IP Virtual Server version 1.2. (size=)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP 192.168.1.100: rr
-> 192.168.1.201: Route
-> 192.168.1.202: Route
# BACKUP
[root@lvs-server- ~]# ipvsadm -ln
IP Virtual Server version 1.2. (size=)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP 192.168.1.100: rr
-> 192.168.1.201: Route
-> 192.168.1.202: Route
我们发现Real server 1又被正确的添加进了列表中，keepalived运行正常。
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