Keepalived介绍以及在Linux系统下的安装与配置

一、简介

Keepalived是一个免费开源的，用C编写的类似于layer3, 4 & 7交换机制软件，具备我们平时说的第3层、第4层和第7层交换机的功能。主要提供loadbalancing（负载均衡）和 high-availability（高可用）功能，负载均衡实现需要依赖Linux的虚拟服务内核模块（ipvs），而高可用是通过VRRP协议实现多台机器之间的故障转移服务。

Keepalived是一个基于VRRP协议来实现的服务高可用方案，可以利用其来避免IP单点故障，类似的工具还有heartbeat、corosync、pacemaker。但是它一般不会单独出现，而是与其它负载均衡技术（如lvs、haproxy、nginx）一起工作来达到集群的高可用。

Keepalived的作用是检测服务器的状态，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。

健康检查和失败切换是keepalived的两大核心功能。所谓的健康检查，就是采用tcp三次握手， icmp请求， http请求， udp echo请求等方式对负载均衡器后面的实际的服务器(通常是承载真实业务的服务器)进行保活；而失败切换主要是应用于配置了主备模式的负载均衡器，利用VRRP(虚拟路由冗余协议, 可参考RFC文档http://tools.ietf.org/html/rfc5798) 维持主备负载均衡器的心跳，当主负载均衡器出现问题时，由备负载均衡器承载对应的业务，从而在最大限度上减少流量损失，并提供服务的稳定性。

二、VRRP协议

VRRP全称 Virtual Router Redundancy Protocol，即虚拟路由冗余协议。可以认为它是实现路由器高可用的容错协议，即将N台提供相同功能的路由器组成一个路由器组(Router Group)，这个组里面有一个master和多个backup，但在外界看来就像一台一样，构成虚拟路由器，拥有一个虚拟IP（vip，也就是路由器所在局域网内其他机器的默认路由），占有这个IP的master实际负责ARP相应和转发IP数据包，组中的其它路由器作为备份的角色处于待命状态。master会发组播消息，当backup在超时时间内收不到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，保证路由器的高可用。

在VRRP协议实现里，虚拟路由器使用 00-00-5E-00-01-XX 作为虚拟MAC地址，XX就是唯一的 VRID （Virtual Router IDentifier），这个地址同一时间只有一个物理路由器占用。在虚拟路由器里面的物理路由器组里面通过多播IP地址 224.0.0.18 来定时发送通告消息。每个Router都有一个 1-255 之间的优先级别，级别最高的（highest priority）将成为主控（master）路由器。通过降低master的优先权可以让处于backup状态的路由器抢占（pro-empt）主路由器的状态，两个backup优先级相同的IP地址较大者为master，接管虚拟IP。

三、与heartbeat/corosync等比较

Heartbeat、Corosync、Keepalived这三个集群组件我们到底选哪个好，首先我想说明的是，Heartbeat、Corosync是属于同一类型，Keepalived与Heartbeat、Corosync，根本不是同一类型的。Keepalived使用的vrrp协议方式，虚拟路由冗余协议 (Virtual Router Redundancy Protocol，简称VRRP)；Heartbeat或Corosync是基于主机或网络服务的高可用方式；简单的说就是，Keepalived的目的是模拟路由器的高可用，Heartbeat或Corosync的目的是实现Service的高可用。

所以一般Keepalived是实现前端高可用，常用的前端高可用的组合有，就是我们常见的LVS+Keepalived、Nginx+Keepalived、HAproxy+Keepalived。而Heartbeat或Corosync是实现服务的高可用，常见的组合有Heartbeat v3(Corosync)+Pacemaker+NFS+Httpd 实现Web服务器的高可用、Heartbeat v3(Corosync)+Pacemaker+NFS+MySQL 实现MySQL服务器的高可用。总结一下，Keepalived中实现轻量级的高可用，一般用于前端高可用，且不需要共享存储，一般常用于两个节点的高可用。而Heartbeat(或Corosync)一般用于服务的高可用，且需要共享存储，一般用于多节点的高可用。

四、Keepalived + nginx　　

keepalived一般不会单独出现，而是与其它负载均衡技术（如lvs、haproxy、nginx）一起工作来达到集群的高可用。

keepalived可以认为是VRRP协议在Linux上的实现，主要有三个模块，分别是core、check和vrrp。core模块为keepalived的核心，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。

五、keepalived的功能体系结构

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。
用户空间：

WatchDog：负载监控checkers和VRRP进程的状况
VRRP Stack：负载负载均衡器之间的失败切换FailOver，如果只用一个负载均稀器，则VRRP不是必须的。
Checkers：负责真实服务器的健康检查healthchecking，是keepalived最主要的功能。换言之，可以没有VRRP Stack，但健康检查healthchecking是一定要有的。
IPVS wrapper：用户发送设定的规则到内核ipvs代码
Netlink Reflector：用来设定vrrp的vip地址等。

Keepalived的所有功能是配置keepalived.conf文件来实现的。

六、安装与配置

从官网下载keepalived，本文以版本1.2.24为例。

6.1 安装

[root@keepalived-nginx1 ~]# wget http://www.keepalived.org/software/keepalived-1.2.24.tar.gz

[root@keepalived-nginx1 ~]# tar -xzvf keepalived-1.2.24.tar.gz

[root@keepalived-nginx1 ~]# cd keepalived-1.2.24

6.2 编译

[root@keepalived-nginx1 keepalived-1.2.24]# ./configure --prefix=/usr/local/keepalived

[root@keepalived-nginx1 keepalived-1.2.24]# make && make install

6.3 配置

安装完成后，进入安装目录的etc目录下，将keepalived相应的配置文件拷贝到系统相应的目录当中。keepalived启动时会从/etc/keepalived目录下查找keepalived.conf配置文件，如果没有找到则使用默认的配置。/etc/keepalived目录安装时默认是没有安装的，需要手动创建。配置文件目录结构如下所示：

[root@keepalived-nginx1 ~]# tree -l /usr/local/keepalived/etc/

/usr/local/keepalived/etc/

├── keepalived

│   ├── keepalived.conf

│   └── samples

│       ├── client.pem

│       ├── dh1024.pem

│       ├── keepalived.conf.fwmark

│       ├── keepalived.conf.HTTP_GET.port

│       ├── keepalived.conf.inhibit

│       ├── keepalived.conf.IPv6

│       ├── keepalived.conf.misc_check

│       ├── keepalived.conf.misc_check_arg

│       ├── keepalived.conf.quorum

│       ├── keepalived.conf.sample

│       ├── keepalived.conf.SMTP_CHECK

│       ├── keepalived.conf.SSL_GET

│       ├── keepalived.conf.status_code

│       ├── keepalived.conf.track_interface

│       ├── keepalived.conf.virtualhost

│       ├── keepalived.conf.virtual_server_group

│       ├── keepalived.conf.vrrp

│       ├── keepalived.conf.vrrp.localcheck

│       ├── keepalived.conf.vrrp.lvs_syncd

│       ├── keepalived.conf.vrrp.routes

│       ├── keepalived.conf.vrrp.rules

│       ├── keepalived.conf.vrrp.scripts

│       ├── keepalived.conf.vrrp.static_ipaddress

│       ├── keepalived.conf.vrrp.sync

│       ├── root.pem

│       └── sample.misccheck.smbcheck.sh

├── rc.d

│   └── init.d

│       └── keepalived

└── sysconfig

    └── keepalived

分别对应系统目录（忽略samples目录）：

/etc/keepalived/keepalived.conf

/etc/rc.d/init.d/keepalived

/etc/sysconfig/keepalived

将配置文件拷贝到系统对应的目录下：

[root@keepalived-nginx1 ~]# mkdir /etc/keepalived

[root@keepalived-nginx1 ~]# cp /usr/local/keepalived/etc/keepalived/keepalived.conf /etc/keepalived/keepalived.conf

[root@keepalived-nginx1 ~]# cp /usr/local/keepalived/etc/rc.d/init.d/keepalived /etc/rc.d/init.d/keepalived

[root@keepalived-nginx1 ~]# cp /usr/local/keepalived/etc/sysconfig/keepalived /etc/sysconfig/keepalived

6.4 启动

[root@keepalived-nginx1 ~]# cd /etc/init.d/

[root@keepalived-nginx1 init.d]# chmod +x keepalived

[root@keepalived-nginx1 init.d]# service keepalived start

Starting keepalived: /bin/bash: keepalived: command not found

                                                           [FAILED]

[root@keepalived-nginx1 init.d]# ln -s /usr/local/keepalived/sbin/keepalived /usr/bin/

[root@keepalived-nginx1 init.d]# service keepalived start

Starting keepalived:                                       [  OK  ]