keepalived实现服务高可用

第1章 keepalived服务说明

1.1 keepalived是什么？

　　Keepalived软件起初是专为LVS负载均衡软件设计的，用来管理并监控LVS集群系统中各个服务节点的状态，后来又加入了可以实现高可用的VRRP功能。因此，Keepalived除了能够管理LVS软件外，还可以作为其他服务（例如：Nginx、Haproxy、MySQL等）的高可用解决方案软件。

　　Keepalived软件主要是通过VRRP协议实现高可用功能的。VRRP是Virtual Router RedundancyProtocol(虚拟路由器冗余协议）的缩写，VRRP出现的目的就是为了解决静态路由单点故障问题的，它能够保证当个别节点宕机时，整个网络可以不间断地运行。

　　所以，Keepalived 一方面具有配置管理LVS的功能，同时还具有对LVS下面节点进行健康检查的功能，另一方面也可实现系统网络服务的高可用功能。

keepalived官网http://www.keepalived.org

1.2 keepalived服务的三个重要功能

　　管理LVS负载均衡软件

　　实现LVS集群节点的健康检查中

　　作为系统网络服务的高可用性（failover）

1.3 Keepalived高可用故障切换转移原理

　　Keepalived高可用服务对之间的故障切换转移，是通过 VRRP (Virtual Router Redundancy Protocol ,虚拟路由器冗余协议）来实现的。

　　在 Keepalived服务正常工作时，主 Master节点会不断地向备节点发送（多播的方式）心跳消息，用以告诉备Backup节点自己还活看，当主 Master节点发生故障时，就无法发送心跳消息，备节点也就因此无法继续检测到来自主 Master节点的心跳了，于是调用自身的接管程序，接管主Master节点的 IP资源及服务。而当主 Master节点恢复时，备Backup节点又会释放主节点故障时自身接管的IP资源及服务，恢复到原来的备用角色。

　　那么，什么是VRRP呢？

　　VRRP ,全 称 Virtual Router Redundancy Protocol ,中文名为虚拟路由冗余协议 ，VRRP的出现就是为了解决静态踣甶的单点故障问题，VRRP是通过一种竞选机制来将路由的任务交给某台VRRP路由器的。

1.4 keepalived 原理

1.4.1keepalived高可用架构示意图

1.4.2 文字，表述

Keepalived的工作原理：

　　Keepalived高可用对之间是通过VRRP通信的，因此，我们从 VRRP开始了解起：

　　　　1) VRRP,全称 Virtual Router Redundancy Protocol,中文名为虚拟路由冗余协议，VRRP的出现是为了解决静态路由的单点故障。

　　　　2) VRRP是通过一种竟选协议机制来将路由任务交给某台 VRRP路由器的。

　　　　3) VRRP用 IP多播的方式（默认多播地址（224.0_0.18))实现高可用对之间通信。

　　　　4) 工作时主节点发包，备节点接包，当备节点接收不到主节点发的数据包的时候，就启动接管程序接管主节点的开源。备节点可以有多个，通过优先级竞选，但一般 Keepalived系统运维工作中都是一对。

　　　　5) VRRP使用了加密协议加密数据，但Keepalived官方目前还是推荐用明文的方式配置认证类型和密码。

　　介绍完 VRRP,接下来我再介绍一下 Keepalived服务的工作原理：

　　Keepalived高可用对之间是通过 VRRP进行通信的， VRRP是遑过竞选机制来确定主备的，主的优先级高于备，因此，工作时主会优先获得所有的资源，备节点处于等待状态，当主挂了的时候，备节点就会接管主节点的资源，然后顶替主节点对外提供服务。

　　在 Keepalived服务对之间，只有作为主的服务器会一直发送 VRRP广播包,告诉备它还活着，此时备不会枪占主，当主不可用时，即备监听不到主发送的广播包时，就会启动相关服务接管资源，保证业务的连续性.接管速度最快可以小于1秒。

第2章 keepalived软件使用

2.1 软件的部署

2.1.1 第一个里程碑 keepalived软件安装

yum install keepalived -y

/etc/keepalived
/etc/keepalived/keepalived.conf     #keepalived服务主配置文件
/etc/rc.d/init.d/keepalived         #服务启动脚本
/etc/sysconfig/keepalived
/usr/bin/genhash
/usr/libexec/keepalived
/usr/sbin/keepalived

第二个里程碑： 进行默认配置测试

2.1.2 配置文件说明

1-13行表示全局配置

 global_defs {    #全局配置
    notification_email {   定义报警邮件地址
      acassen@firewall.loc
      failover@firewall.loc
      sysadmin@firewall.loc
    }
    notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc  #定义发送邮件的地址
    smtp_server 192.168.200.1   #邮箱服务器
    smtp_connect_timeout 30      #定义超时时间
    router_id LVS_DEVEL        #定义路由标识信息，相同局域网唯一
 }  

15-30行 虚拟ip配置 brrp

vrrp_instance VI_1 {   #定义实例
    state MASTER         #状态参数 master/backup 只是说明
    interface eth0       #虚IP地址放置的网卡位置
    virtual_router_id 51 #同一家族要一直，同一个集群id一致
    priority 100         # 优先级决定是主还是备    越大越优先
    advert_int 1        #主备通讯时间间隔
    authentication {     # ↓
        auth_type PASS    #↓
        auth_pass 1111    #认证
    }                        #↑
    virtual_ipaddress {  #↓
        192.168.200.16    设备之间使用的虚拟ip地址
        192.168.200.17
        192.168.200.18
    }
}

配置管理LVS

　　关于 LVS 详情参考http://www.cnblogs.com/clsn/p/7920637.html#_label7

2.1.3 最终配置文件

主负载均衡服务器配置

[root@lb01 conf]# cat  /etc/keepalived/keepalived.conf
! Configuration File for keepalived

global_defs {
   router_id lb01
}

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface eth0
    virtual_router_id 51
    priority 150
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        10.0.0.3
    }
}

备负载均衡服务器配置

[root@lb02 ~]# cat /etc/keepalived/keepalived.conf
! Configuration File for keepalived

global_defs {
   router_id lb02
}

vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    interface eth0
    virtual_router_id 51
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
     10.0.0.3
    }
}

2.1.4 启动keepalived

[root@lb02 ~]# /etc/init.d/keepalived start
Starting keepalived:                                       [  OK  ]

2.1.5 【说明】在进行访问测试之前要保证后端的节点都能够单独的访问。

测试连通性.    后端节点

[root@lb01 conf]# curl -H host:www.etiantian.org  10.0.0.8
web01 www
[root@lb01 conf]# curl -H host:www.etiantian.org  10.0.0.7
web02 www
[root@lb01 conf]# curl -H host:www.etiantian.org  10.0.0.9
web03 www
[root@lb01 conf]# curl -H host:bbs.etiantian.org  10.0.0.9
web03 bbs
[root@lb01 conf]# curl -H host:bbs.etiantian.org  10.0.0.8
web01 bbs
[root@lb01 conf]# curl -H host:bbs.etiantian.org  10.0.0.7
web02 bbs

2.1.6 查看虚拟ip状态

[root@lb01 conf]# ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
    inet6 ::1/128 scope host
       valid_lft forever preferred_lft forever
2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:90:7f:0d brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 10.0.0.5/24 brd 10.0.0.255 scope global eth0
    inet 10.0.0.3/24 scope global secondary eth0:1
    inet6 fe80::20c:29ff:fe90:7f0d/64 scope link
       valid_lft forever preferred_lft forever
3: eth1: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:90:7f:17 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 172.16.1.5/24 brd 172.16.1.255 scope global eth1
    inet6 fe80::20c:29ff:fe90:7f17/64 scope link
       valid_lft forever preferred_lft forever

2.1.7 【总结】配置文件修改

　　Keepalived主备配置文件区别：

　　　　01. router_id 信息不一致

　　　　02. state 状态描述信息不一致

　　　　03. priority 主备竞选优先级数值不一致

2.2 脑裂

　　在高可用（HA）系统中，当联系2个节点的“心跳线”断开时，本来为一整体、动作协调的HA系统，就分裂成为2个独立的个体。由于相互失去了联系，都以为是对方出了故障。两个节点上的HA软件像“裂脑人”一样，争抢“共享资源”、争起“应用服务”，就会发生严重后果——或者共享资源被瓜分、2边“服务”都起不来了；或者2边“服务”都起来了，但同时读写“共享存储”，导致数据损坏（常见如数据库轮询着的联机日志出错）。

　　对付HA系统“裂脑”的对策，目前达成共识的的大概有以下几条：

　　　　1）添加冗余的心跳线，例如：双线条线（心跳线也HA），尽量减少“裂脑”发生几率；

　　　　2）启用磁盘锁。正在服务一方锁住共享磁盘，“裂脑”发生时，让对方完全“抢不走”共享磁盘资源。但使用锁磁盘也会有一个不小的问题，如果占用共享盘的一方不主动“解锁”，另一方就永远得不到共享磁盘。现实中假如服务节点突然死机或崩溃，就不可能执行解锁命令。后备节点也就接管不了共享资源和应用服务。于是有人在HA中设计了“智能”锁。即：正在服务的一方只在发现心跳线全部断开（察觉不到对端）时才启用磁盘锁。平时就不上锁了。

　　　　3）设置仲裁机制。例如设置参考IP（如网关IP），当心跳线完全断开时，2个节点都各自ping一下参考IP，不通则表明断点就出在本端。不仅“心跳”、还兼对外“服务”的本端网络链路断了，即使启动（或继续）应用服务也没有用了，那就主动放弃竞争，让能够ping通参考IP的一端去起服务。更保险一些，ping不通参考IP的一方干脆就自我重启，以彻底释放有可能还占用着的那些共享资源。

2.2.1 脑裂产生的原因

　　一般来说，裂脑的发生，有以下几种原因：