高可用实现KeepAlived原理简介

一、简介

　　　　目前主流实现web网站及数据库服务高可用软件包括：keepalived、heartbeat、corosync,cman;高可用简称HA；

　　　　官方站点：https://www.keepalived.org/

　　1、keepalived主要功能

　　　　对RealServer进行健康状态检查，支持3层、4层、7层协议进行健康检查；并支持VRRP冗余协议，所以keepalived两个功能是监控检查，VRRP冗余协议；

　　2、keepalived的作用

　　　　检查web服务器的状态，如果有一台web服务器/mysql服务器宕机或故障，keepalived将故障节点从系统中剔除，当故障恢复的时候自动加入服务器集群中，非常智能化，只需要手动修复坏的节点即可。

　　3、keepalived的layer3、4、7层分别是IP层、传输层、应用层的实现原理如下：

　　　　1）、layer3：keepalived定期向集群中服务器发送ICMP的包，如果发现哪台ping不通，便报告这台服务器失效，并将其剔除集群；（判断标准为IP是否有效）

　　　　2）、layer4：主要以TCP端口（也可以是udp）状态来决定服务器工作是否正常，如web服务器的80端口如果没有工作，则将其剔除集群（判断标准为端口）

　　　　3）、layer7：应用层，keepalived将根据用户的设定，检查服务器程序的运行是否正常，如果不是设定值，则将其剔除集群（判断标准为程序是否正常）

二、keepalived VRRP原理

　　1、学习keepalived，必须了解VRRP协议的原理，因为keepalived是VRRP的完美实现，那什么是VRRP那？VRRP（虚拟路由冗余协议）最早是为了解决网关的点单故障的路由协议,在主机上如何选定到达目的的下一跳路由，这个问题通常解决方案是，动态路由协议RIP，OSPF；再有就是静态路由协议，主机中实现动态路由协议非常不实际，管理，开销，维护等诸多问题，因此通常是配置静态路由协议，但是路由器或网管就经常出现单点，VRRP就是解决此静态路由单点问题，VRRP通过竞选协议来动态交给LAN中的虚拟路由器中的某台VRRP路由器。

　　2、VRRP虚拟路由器集群中，由多台物理机组成，但是并不是同时工作，而是由master负载路由工作，其他都是backup，master也不是一成不变，VRRP会让每个VRRP路由参与竞选最终优先的就是master。

　　3、master的特权是拥有虚拟路由器的IP地址，即VIP，负责转发给网关地址的包和响应ARP请求。

　　4、VRRP通过竞选来实现虚拟路由器的功能，所有协议报文都是通过IP多播包（多播地址224.0.0.18）发送的，虚拟路由器有VRID（0~255）和一组IP地址组成，对外表现为一个mac地址，所以一组虚拟路由器集群中，不管谁是master，对外都是一个相同mac和VIP，客户端没有感知。

　　5、master的VRRP路由器会一直发送VRRP广播包，backup不会抢占master，除非优先级（priority）更高，当master不可用时（backup收不到广播包），多台backup中优先级最高的这台会抢占master，抢占是非常快速的，并且VRRP包还使用了加密协议进行传输。

　　6、keepalived基于VRRP将两台主机当做路由器，组成虚拟路由器集群，master高的主机产生VIP，该VIP负责转发用户发起的IP包或请求

三、keepalive架构模型

　　一个父进程两个子进程

　　　　为了确保健壮及稳定性，守护进程被分为3个不同的进程，父进程负责fork和监控子进程，因此父进程也称为watchdog，凉饿子进程，一个负责VRRP，另一个负责健康检查，每个进程都有自己的I/O多路复用器，这样可以优化VRRP调度抖动，因为VRRP比健康检查更重要，两个子进程开启本地套接字Unix Domain Socket，当keepalive启动后，父进程通过unix domain socket每隔5s发送一个hello消息给子进程，如果父进程无法发送消息给子进程，将认为子进程出现问题，于是重启子进程。watchdog这种设计的两个好处是，第一父进程发送给远程子进程的hello数据包是通过I/O多路复用程序完成的，这样他就可以在子调度框架中检测死循环，第二是使用sysV信号检测dead children。

　　架构图：

　　　　解释：

　　　　　　userspace  用户空间

　　　　　　kernelspace 内核空间

　　　　　　checker组件：负责RS健康状态检查，并在LVS拓扑中移除、添加，支持layer3/4/7的协议检查，该组件使用独立的子进程负责，但被父进程监控。这个组件就是实现健康检查（TCP\HTTP\SSL\MISC......）

　　　　　　VRRP stack：提供director的故障转移功能从而实现director的高可用，该组件可独立提供功能，无需LVS支持，也是独立的子进程负责，父进程监控，vrrp stact就是vrrp的实现,比如vrrp协议调用。

　　　　　　system call组件：提供抓取自定义脚本的功能，该组件在使用时，将临时产生一个子进程来执行任务，支持系统调用机制，做出管理操作。

　　　　　　IPVS wrapper组件：负责将配置文件中IPVS相关规则发送到内核的IPVS模块，就是生产ipvs规则的。

　　　　　　netlink reflector：用来设定，监控vrrp的vip地址，负责交互，VRRP借助于netlink健康网络，实现网络功能配置。

　　　　　　schedule-I/O Multiplexer：并发控制。

　　　　　　memory mngt：内存管理。

　　　　　　control plane configuration file parser：配置文件，分析的主控工具。

　　　　　　watch dog：可以理解为高可用监视器。

四、keepalived配置文件

　　vim /etc/keepalived/keepalived.conf

 ! Configuration File for keepalived 

 global_defs {　　　　　　　　　　#全局部分定义邮件报警系统
    notification_email {　　　　#定义邮件发送目标
      acassen@firewall.loc
      failover@firewall.loc
      sysadmin@firewall.loc
    }
    notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc　　#定义邮件发送人
    smtp_server 192.168.200.1　　　　　　　　　　　　　　　　　　　#指定smtp服务器地址
    smtp_connect_timeout 30　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　#指定smtp连接超时时间
    router_id LVS_DEVEL　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 #表示keepalived服务器的字符串，局域网内是唯一的高可用需要使用它标识节点
    vrrp_skip_check_adv_addr　　　　　　　　　　　　　　　　　　　#默认是不跳过检查，检查收到的VRRP通过中的所有地址可能会比较耗时，设置此命令的意思是，如果通告于接收的上一个通过来自相同的master路由器，则不执行检查，也就是跳过检查。
    vrrp_strict　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　#严格嬦VRRP协议，阻止keepalived启动有几种情况，1没有vip，2单播邻居，3在VRRP版本2中有ipv6地址
    vrrp_garp_interval 0　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　#在一个接口发送的两个arp之间的延迟，可以是毫米级
    vrrp_gna_interval
 }
 19#定义VRRP实例，一个配置文件可以有多例，不同主机之间互为主备，实例名称应该一致。
 vrrp_instance VI_1 {　　　　　　　　　　　　
     state MASTER　　　　　　　　　#定义角色状态，是master/backup　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
     interface eth0　　　　　　　　#定义网卡
     virtual_router_id 51　　　　 #定义虚拟路由标识VRID，主备应该相同
     priority 100　　　　　　　　　　#定义优先级
     advert_int 1　　　　　　　　　　#心跳时间1s
     authentication {　　　　　　　　#认证方式一个实例中必须完全一致
         auth_type PASS　　　　　　
         auth_pass 1111            #最多8个字符
     }
     virtual_ipaddress {　　　　　　#设置VIP，主备相同，可以使用dev选项来指定接口，如果需要ifconfig查看，需要在ip地址后加上label，可以是多个VIP
         192.168.200.16
         192.168.200.17
         192.168.200.18
     }
 }
 #定义虚拟服务部分
 virtual_server 192.168.200.100  {     #虚拟服务器地址和端口空格隔开地址为VIP
     delay_loop 6　　　　　　　　　　　　　　　#健康检查间隔
     lb_algo rr　　　　　　　　　　　　　　　　#定义负载均衡算法，这里是rr
     lb_kind NAT　　　　　　　　　　　　　　　#定义lvs模型
     persistence_timeout 50　　　　　　　　#持久会话保持时长
     protocol TCP　　　　　　　　　　　　　　#监控服务的协议类型

     real_server 192.168.201.100  {　　　　#定义rs部分，地址端口
         weight 1　　　　　　　　　　　　　　　　#lvs权重
         SSL_GET {　　　　　　　　　　　　　　　#监控检查的方式，常见的有HTTP_GET/SSL_GET/TCP_CHECK/MISC_CHECK
             url {　　　　　　　　　　　　　　　　
               path /　　　　　　　　　　　　　#指定ssl——get健康检查路径
               digest ff20ad2481f97b1754ef3e12ecd3a9cc
             }　　　　　　　　　　　　　　　　　#健康状态需要状态码，可以是status_code,digest,digest+status_code
             url {　　　　　　　　　　　　　　#digest值用keepalived的genhash命令生产，一般使用status_code
               path /mrtg/
               digest 9b3a0c85a887a256d6939da88aabd8cd
             }
             connect_timeout 3　　　　　　#3s五响应就超时，就判断为realserver不健康，需要重新连接
             nb_get_retry 3　　　　　　　　#标识重试3次，防误伤
             delay_before_retry 3　　　　#重试间隔3s
         }　　　　　　　　　　　　　　　　　　#总共12s才能判断故障节点，可以改小点
     }
 }

 virtual_server 10.10.10.2  {　　　　　　#定义所有rs宕机时，有哪台服务器提供服务
     delay_loop 6　　　　　　　　　　　　　　　　#一般在keepalived给一个web页面，提示维护等。
     lb_algo rr
     lb_kind NAT
     persistence_timeout
     protocol TCP

     sorry_server 192.168.200.200 

     real_server 192.168.200.2  {
         weight
         HTTP_GET {
             url {
               path /testurl/test.jsp
               digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d
             }
             url {
               path /testurl2/test.jsp
               digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d
             }
             url {
               path /testurl3/test.jsp
               digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d
             }
             connect_timeout
             nb_get_retry
             delay_before_retry
         }
     }

     real_server 192.168.200.3  {
         weight
         HTTP_GET {
             url {
               path /testurl/test.jsp
               digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334c
             }
             url {
               path /testurl2/test.jsp
               digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334c
             }
             connect_timeout
             nb_get_retry
             delay_before_retry
         }
     }
 }

 virtual_server 10.10.10.3  {
     delay_loop
     lb_algo rr
     lb_kind NAT
     persistence_timeout
     protocol TCP

     real_server 192.168.200.4  {
         weight
         HTTP_GET {
             url {
               path /testurl/test.jsp
               digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d
             }
             url {
               path /testurl2/test.jsp
               digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d
             }
             url {
               path /testurl3/test.jsp
               digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d
             }
             connect_timeout
             nb_get_retry
             delay_before_retry
         }
     }

     real_server 192.168.200.5  {
         weight
         HTTP_GET {
             url {
               path /testurl/test.jsp
               digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d
             }
             url {
               path /testurl2/test.jsp
               digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d
             }
             url {
               path /testurl3/test.jsp
               digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d
             }
             connect_timeout
             nb_get_retry
             delay_before_retry
         }
     }
 }

　　　　　

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