Keepalived高可用介绍与配置详解

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keepalived 介绍

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 的重要功能

keepalived 有三个重要的功能，分别是：

• 管理 LVS 负载均衡软件
• 实现 LVS 集群节点的健康检查
• 作为系统网络服务的高可用性（failover）

keepalived 高可用故障转移的原理

Keepalived 高可用服务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。

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。

keepalived 工作原理描述

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 高可用是通过 VRRP 进行通信的，VRRP 是通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。

keepalived 配置文件详解

keepalived 的主配置文件为 /etc/keepalived/keepalived.conf

! Configuration File for keepalived

global_defs {            #全局配置
   notification_email {         #定义报警收件人邮件地址
     acassen@firewall.loc
     failover@firewall.loc
     sysadmin@firewall.loc
   }
   notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc    #定义报警发件人邮箱
   smtp_server 192.168.200.1    #邮箱服务器地址
   smtp_connect_timeout 30      #定义邮箱超时时间
   router_id LVS_DEVEL          #定义路由标识信息，同局域网内唯一
   vrrp_skip_check_adv_addr
   vrrp_strict
   vrrp_garp_interval 0
   vrrp_gna_interval 0
}

vrrp_instance VI_1 {        #定义实例
    state MASTER            #指定 keepalived 节点的初始状态，可选值为 MASTER|BACKUP
    interface eth0          #VRRP 实例绑定的网卡接口，用户发送 VRRP 包
    virtual_router_id 51    #虚拟路由的 ID，同一集群要一致
    priority 100            #定义优先级，按优先级来决定主备角色，优先级越大越优先
    nopreempt               #设置不抢占
    advert_int 1            #主备通讯时间间隔
    authentication {        #配置认证
        auth_type PASS      #认证方式，此处为密码
        auth_pass 1111      #同一集群中的 keepalived 配置里的此处必须一致，推荐使用 8 位随机数
    }
    virtual_ipaddress {     #配置要使用的 VIP 地址
        192.168.200.16
    }
}

virtual_server 10.10.10.2 1358 {    #配置虚拟服务器
    delay_loop 6        #健康检查的时间间隔
    lb_algo rr          #lvs 调度算法
    lb_kind NAT         #lvs 模式
    persistence_timeout 50      #持久化超时时间，单位是秒
    protocol TCP        #4 层协议

    sorry_server 192.168.200.200 1358   #定义备用服务器，当所有 RS 都故障时用 sorry_server 来响应客户端

    real_server 192.168.200.2 1358 {    #定义真实处理请求的服务器
        weight 1                        #给服务器指定权重，默认为 1
        HTTP_GET {
            url {
              path /testurl/test.jsp    #指定要检查的 URL 路径
              digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d   #摘要信息
            }
            url {
              path /testurl2/test.jsp
              digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d
            }
            url {
              path /testurl3/test.jsp
              digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d
            }
            connect_timeout 3       #连接超时时间
            nb_get_retry 3          #get 尝试次数
            delay_before_retry 3    #在尝试之前延迟多长时间
        }
    }

定制主配置文件

vrrp_instance 段配置

nopreempt      #设置为不抢占。默认是抢占的，当高优先级的机器恢复后，会抢占低优先 \
级的机器成为 MASTER，而不抢占，则允许低优先级的机器继续成为 MASTER，即使高优先级 \
的机器已经上线。如果要使用这个功能，则初始化状态必须为 BACKUP。preempt_delay  #设置抢占延迟。单位是秒，范围是 0 ---1000，默认是 0. 发现低优先 \
级的 MASTER 后多少秒开始抢占。

vrrp_script 段配置

# 作用：添加一个周期性执行的脚本。脚本的退出状态码会被调用它的所有的 VRRP Instance 记录。#注意：至少有一个 VRRP 实例调用它并且优先级不能为 0. 优先级范围是 1 -254.
vrrp_script <SCRIPT_NAME> {...}

#选项说明：script "/path/to/somewhere"     #指定要执行的脚本的路径。interval <INTEGER>              #指定脚本执行的间隔。单位是秒。默认为 1s。timeout <INTEGER>               #指定在多少秒后，脚本被认为执行失败。weight <-254 --- 254>           #调整优先级。默认为 2.
rise <INTEGER>                  #执行成功多少次才认为是成功。fall <INTEGER>                  #执行失败多少次才认为失败。user <USERNAME> [GROUPNAME]     #运行脚本的用户和组。init_fail                       #假设脚本初始状态是失败状态。#weight 说明：1. 如果脚本执行成功 (退出状态码为 0)，weight 大于 0，则 priority 增加。2. 如果脚本执行失败 (退出状态码为非 0)，weight 小于 0，则 priority 减少。3. 其他情况下，priority 不变。

real_server 段配置

weight <INT>            #给服务器指定权重。默认是 1
inhibit_on_failure      #当服务器健康检查失败时，将其 weight 设置为 0，\
                        而不是从 Virtual Server 中移除
notify_up <STRING>      #当服务器健康检查成功时，执行的脚本
notify_down <STRING>    #当服务器健康检查失败时，执行的脚本
uthreshold <INT>        #到这台服务器的最大连接数
lthreshold <INT>        #到这台服务器的最小连接数 

tcp_check 段配置

connect_ip <IP ADDRESS>     #连接的 IP 地址。默认是 real server 的 ip 地址
connect_port <PORT>         #连接的端口。默认是 real server 的端口
bindto <IP ADDRESS>         #发起连接的接口的地址。bind_port <PORT>            #发起连接的源端口。connect_timeout <INT>       #连接超时时间。默认是 5s。fwmark <INTEGER>            #使用 fwmark 对所有出去的检查数据包进行标记。warmup <INT>    // 指定一个随机延迟，最大为 N 秒。可防止网络阻塞。如果为 0，则关闭该功能。retry <INIT>                #重试次数。默认是 1 次。delay_before_retry <INT>    #默认是 1 秒。在重试之前延迟多少秒。

keepalived 实现 nginx 负载均衡的高可用

环境：

• CentOS7-linuxmi-192.168.26.128
• centos7-linuxmi-192.168.83.132
• 虚拟 IP（VIP）地址为 192.168.83.250

# 在两个机器上配置 yum 源及环境（这里只写出主机的，从机一样）[root@linuxmi ~]# systemctl stop firewalld
[root@linuxmi ~]# systemctl disable firewalld
[root@linuxmi ~]# setenforce 0
[root@linuxmi ~]# sed -ri 's/^(SELINUX=).*/\1disabled/g' /etc/selinux/config
[root@linuxmi ~]# curl -o /etc/yum.repos.d/CentOS7-Base-163.repo http://mirrors.163.com/.help/CentOS7-Base-163.repo
[root@linuxmi ~]# sed -i 's/\$releasever/7/g' /etc/yum.repos.d/CentOS7-Base-163.repo
[root@linuxmi ~]# sed -i 's/^enabled=.*/enabled=1/g' /etc/yum.repos.d/CentOS7-Base-163.repo
[root@linuxmi ~]# yum -y install epel-release vim wget gcc gcc-c++
#安装 keepalived
[root@linuxmi ~]# yum -y install keepalived
#安装 nginx
[root@linuxmi ~]# yum -y install nginx
[root@linuxmi ~]# cd /usr/share/nginx/html/
[root@linuxmi ~]# mv index.html{,.bak}
[root@linuxmi ~]# echo 'slave' > index.html
[root@linuxmi ~]# systemctl start nginx
[root@linuxmi ~]# systemctl enable nginx

修改配置文件

# 主机配置文件
[root@linuxmi ~]# cat > /etc/keepalived/keepalived.conf <<EOF
! Configuration File for keepalived

global_defs {router_id lb01}

vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    interface ens32
    virtual_router_id 51
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass linuxmi123
    }
    virtual_ipaddress {192.168.83.250}
}

virtual_server 192.168.83.250 80 {
    delay_loop 6
    lb_algo rr
    lb_kind DR
    persistence_timeout 50
    protocol TCP

    real_server 192.168.83.128 80 {
        weight 1
        TCP_CHECK {
            connect_port 80
            connect_timeout 3
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }

    real_server 192.168.83.132 80 {
        weight 1
        TCP_CHECK {
            connect_port 80
            connect_timeout 3
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }
}
EOF

# 从机配置文件
[root@linuxmi ~]# cat > /etc/keepalived/keepalived.conf <<EOF
! Configuration File for keepalived

global_defs {router_id lb02}

vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    interface ens32
    virtual_router_id 51
    priority 90
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass linuxmi123
    }
    virtual_ipaddress {192.168.83.250}
}

virtual_server 192.168.83.250 80 {
    delay_loop 6
    lb_algo rr
    lb_kind DR
    persistence_timeout 50
    protocol TCP

    real_server 192.168.83.128 80 {
        weight 1
        TCP_CHECK {
            connect_port 80
            connect_timeout 3
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }

    real_server 192.168.83.132 80 {
        weight 1
        TCP_CHECK {
            connect_port 80
            connect_timeout 3
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }
}
EOF

keepalived 监控 nginx 负载均衡

主机

# 编写监控脚本
[root@linuxmi ~]# mkdir /scripts
[root@linuxmi ~]# cd /scripts/
[root@linuxmi scripts]# cat > check_n.sh <<EOF
#!/bin/bash
nginx_status=$(ps -ef|grep -Ev "grep|$0"|grep '\bnginx\b'|wc -l)
if [$nginx_status -lt 1];then
    systemctl stop keepalived
fi
EOF
[root@linuxmi scripts]# chmod +x check_n.sh
[root@linuxmi scripts]# cat > notify.sh <<EOF
#!/bin/bash
VIP=$2
sendmail (){subject="${VIP}'s server keepalived state is translate"content="`date +'%F %T'`: `hostname`'s state change to master"
        echo $content | mail -s "$subject" 1470044516@qq.com
}
case "$1" in
  master)
        nginx_status=$(ps -ef|grep -Ev "grep|$0"|grep '\bnginx\b'|wc -l)
        if [$nginx_status -lt 1];then
            systemctl start nginx
        fi
        sendmail
  ;;
  backup)
        nginx_status=$(ps -ef|grep -Ev "grep|$0"|grep '\bnginx\b'|wc -l)
        if [$nginx_status -gt 0];then
            systemctl stop nginx
        fi
  ;;
  *)
        echo "Usage:$0 master|backup VIP"
  ;;
esac
EOF
[root@linuxmi scripts]# chmod +x notify.sh

#修改主机配置
[root@linuxmi ~]# vim /etc/keepalived/
#按如下内容添加
global_defs {router_id lb01}

vrrp_script nginx_check {
    script "/scripts/check_n.sh"
    interval 1
    weight -20
}
vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    interface ens32
    virtual_router_id 51
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass linuxmi123
    }
    virtual_ipaddress {192.168.83.250}
    notify_master "/scripts/notify.sh master 192.168.83.250"
    notify_backup "/scripts/notify.sh backup 192.168.83.250"
}

从机

[root@linuxmi ~]# mkdir /scripts
[root@linuxmi ~]# cd /scripts/
[root@linuxmi scripts]# cat > notify.sh <<EOF
#!/bin/bash
VIP=$2
sendmail (){subject="${VIP}'s server keepalived state is translate"content="`date +'%F %T'`: `hostname`'s state change to master"
        echo $content | mail -s "$subject" 1470044516@qq.com
}
case "$1" in
  master)
        nginx_status=$(ps -ef|grep -Ev "grep|$0"|grep '\bnginx\b'|wc -l)
        if [$nginx_status -lt 1];then
            systemctl start nginx
        fi
        sendmail
  ;;
  backup)
        nginx_status=$(ps -ef|grep -Ev "grep|$0"|grep '\bnginx\b'|wc -l)
        if [$nginx_status -gt 0];then
            systemctl stop nginx
        fi
  ;;
  *)
        echo "Usage:$0 master|backup VIP"
  ;;
esac
EOF
[root@linuxmi scripts]# chmod +x notify.sh

#修改配置文件
[root@linuxmi ~]# vim /etc/keepalived/
#按如下内容添加
vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    interface ens32
    virtual_router_id 51
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass linuxmi123
    }
    virtual_ipaddress {192.168.83.250}
    notify_master "/scripts/notify.sh master 192.168.83.250"
    notify_backup "/scripts/notify.sh backup 192.168.83.250"
}

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