分类： LINUX
2018-09-05 09:39:56
keepalived的实现：
Keepalived是集群管理中保证集群高可用的一个服务软件，用来防止单点故障。Keepalived起初就是为了LVS调度节点高可用而设计的，专门用来监控集群系统中各个服务节点的状态。如果某个服务节点出现异常，或工作出现故障，Keepalived将检测到，并将出现故障的服务节点从集群系统中剔除，也就是替LVS做了对后端realserver的健康状态监测。而当故障节点恢复正常后，Keepalived又可以自动将此服务节点重新加入到服务器集群中。这些工作全部自动完成，不需要人工干涉，需要人工完成的只是修复出现故障的服务节点。
Keepalived后来实现了VRRP协议的功能，基于VRRP协议来实现的LVS服务高可用方案，可以利用其来避免单点故障。一个LVS服务会有2台服务器运行Keepalived，一台为主服务器（MASTER），一台为备份服务器（BACKUP），但是对外表现为一个虚拟IP，主服务器会发送特定的消息给备份服务器，当备份服务器收不到这个消息的时候，即主服务器宕机的时候， 备份服务器就会接管虚拟IP，继续提供服务，从而保证了高可用性。Keepalived是VRRP的完美实现，因此在介绍keepalived之前，先介绍一下VRRP的原理。
VRRP工作机制？
先看两个概念：VRRP路由器和VRRP虚拟路由器
1. VRRP路由器
就是一台物理路由器，只不过上面运行了VRRP协议实现的程序，一台VRRP物理路由器可以位于多个虚拟路由器。
2 .VRRP虚拟路由器
所谓虚拟就是说并不是实际存在的，虚拟路由器通常由多台物理的VRRP路由器通过某种方式组成的，就好比这些物理的路由器都丢到一个池里面去，整个pool对外看起来就像是一台路由器，其实内部有多台虚拟路由器。
然后再来看一下VRRP的工作机制？
VRRP全称Virtual Router Redundancy Protocol，即虚拟路由冗余协议。***可以认为是实现路由器高可用的协议，目的就是为了解决静态路由单点故障。VRRP通过一种竞选协议来动态的将路由任务交给LAN中的虚拟路由器的某台VRRP路由器。将N台提供相同功能的路由器组成一个路由器组，这个组里面有一个master和多个backup，master上面有一个对外提供服务的vip（该路由器所在局域网内其他机器的默认路由为该vip），master会发组播，当backup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。这样的话就可以保证路由器的高可用了。Keepalived就是巧用VRRP协议来实现高可用性(HA)的。
VRRP所有的协议报文都是通过IP多播(multicast)包(多播地址224.0.0.18)形式发送的。虚拟路由器由VRID(范围0-255)和一组IP地址组成，对外表现为一个周知的MAC地址。所以，在一个虚拟路由 器中，不管谁是MASTER，对外都是相同的MAC和IP(称之为VIP)。客户端主机并不需要因为MASTER的改变而修改自己的路由配置，对客户端来说，这种主从的切换是透明的。
在一个虚拟路由器中，只有作为MASTER的VRRP路由器会一直发送VRRP通告信息(VRRPAdvertisement message)，BACKUP不会抢占MASTER，除非它的优先级(priority)更高。当MASTER不可用时(BACKUP收不到通告信息)， 多台BACKUP中优先级最高的这台会被抢占为MASTER。这种抢占是非常快速的(<1s)，以保证服务的连续性。由于安全性考虑，VRRP包使用了加密协议进行加密。
VRRP工作流程？
1) 初始化
路由器启动时，如果路由器的优先级是255(最高优先级，路由器拥有路由器地址)，要发送VRRP通告信息，并发送广播ARP信息通告路由器IP地址对应的MAC地址为路由虚拟MAC，设置通告信息定时器准备定时发送VRRP通告信息，转为MASTER状态；否则进入BACKUP状态，设置定时器检查定时检查是否收到MASTER的通告信息。
2) Master
设置定时通告定时器；用VRRP虚拟MAC地址响应路由器IP地址的ARP请求；转发目的MAC是VRRP虚拟MAC的数据包；如果是虚拟路由器IP的拥有者，将接受目的地址是虚拟路由器IP的数据包，否则丢弃；当收到shutdown的事件时删除定时通告定时器，发送优先权级为0的通告包，转初始化状态；
如果定时通告定时器超时时，发送VRRP通告信息；
收到VRRP通告信息时，如果优先权为0，发送VRRP通告信息；否则判断数据的优先级是否高于本机，或相等而且实际IP地址大于本地实际IP，设置定时通告定时器，复位主机超时定时器，转BACKUP状态；否则的话，丢弃该通告包；
3）Backup
设置主机超时定时器；不能响应针对虚拟路由器IP的ARP请求信息；丢弃所有目的MAC地址是虚拟路由器MAC地址的数据包；不接受目的是虚拟路由器IP的所有数据包；当收到shutdown的事件时删除主机超时定时器，转初始化状态；主机超时定时器超时的时候，发送VRRP通告信息，广播ARP地址信息，转MASTER状态；收到VRRP通告信息时，如果优先权为0，表示进入MASTER选举；否则判断数据的优先级是否高于本机，如果高的话承认MASTER有效，复位主机超时定时器；否则的话，丢弃该通告包；
VRRP ARP查询处理？
当内部主机通过ARP查询虚拟路由器IP地址对应的MAC地址时，MASTER路由器回复的MAC地址为虚拟的VRRP的MAC地址，而不是实际网卡的 MAC地址，这样在路由器切换时让内网机器觉察不到；而在路由器重新启动时，不能主动发送本机网卡的实际MAC地址。如果虚拟路由器开启的ARP代理 (proxy_arp)功能，代理的ARP回应也回应VRRP虚拟MAC地址。
keepalived架构
keepalived也是模块化设计不同模块负责不同的功能，下面是keepalived的相关模块：core、check、vrrp、libipfwc、libipvs-2.4、libipvs-2.6。
core：是keepalived的核心，负责主进程的启动和维护及全局配置文件的加载解析等。
check：负责healthchecker(健康检查)，包括了各种健康检查方式以及对应的配置的解析（包括LVS的配置解析）。
vrrp：VRRPD子进程就是来实现VRRP协议的。
libipfwc：liipfwc库是配置LVS时会用到的。
libipvs*：配置LVS时会用到。
PS：注意keepalived和LVS完全是两码事只不过他们各负其责相互配合而已。
global_defs区域
主要是配置故障发生时的通知对象以及机器标识。
global_defs {
notification_email { //故障发生时给谁发邮件通知;
acassen@firewall.loc
failover@firewall.loc
sysadmin@firewall.loc
}
notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc //通知邮件从哪个地址发出;
smtp_server 192.168.200.1 //通知邮件的smtp地址;
smtp_connect_timeout 30 //连接smtp服务器的超时时间;
router_id LVS_DEVEL //标识本节点的字条串,通常为hostname,但不一定非得是hostname,故障发生时,邮件通知会用到;
}
vrrp_script区域
提供keepalived维护状态，我们一般进行主从切换测试时都是关闭keepalived或关闭网卡接口，有没有一种方法能实现在不关闭keepalived下或网卡接口来实现维护呢？方法肯定是有的，在keepalived新版本中，支持脚本vrrp_srcipt，具体如何使用大家可以man keepalived.conf查看。下面我们来演示一下具体怎么实现。
vrrp_srcipt chk_schedown {
script "[ -e /etc/keepalived/down ] && exit 1 || exit 0"
interval 1 //监控间隔;
weight -5 //减小优先级;
fall 2 //监控失败次数;
rise 1 //监控成功次数 ;
}
然后在vrrp_instance区域使用track_script调用这个脚本，如下：
vrrp_instance VI_1 {
....
track_script {
chk_schedown
}
}
然后测试时就可以touch /etc/keepalived/down文件，就会完成维护模式切换。
vrrp_instance区域
用来定义对外提供服务的VIP区域及其相关属性。
vrrp_instance VI_1 { //实例名称;
state MASTER //可以是MASTER或BACKUP,不过当其他节点keepalived启动时会将priority比较大的节点选举为MASTER,因此该项其实没有实质用途;
interface eth0 //节点固有IP（非VIP）的网卡,用来发VRRP包做心跳检测;
virtual_router_id 51 //虚拟路由ID,取值在0-255之间,用来区分多个instance的VRRP组播,同一网段内ID不能重复,主备必须为一样;
priority 100 //用来选举master的,要成为master那么这个选项的值最好高于其他机器50个点,该项取值范围是1-255（在此范围之外会被识别成默认值100）;
advert_int 1 //检查间隔默认为1秒,即1秒进行一次master选举（可以认为是健康查检时间间隔）;
authentication { //认证区域,认证类型有PASS和HA（IPSEC）,推荐使用PASS（密码只识别前8位）;
auth_type PASS //默认是PASS认证;
auth_pass 1111 //PASS认证密码;
}
virtual_ipaddress { //虚拟VIP地址,允许多个,需要配置在interface指定的接口上;
192.168.200.100
192.168.200.200
}
}
virtual_server区域
在virtual_server区域外还可以设置virtual_server_group，一般在超大型的LVS中用到，一般LVS用不到这东西，因此不多说。
virtual_server 192.168.200.100 443 {
delay_loop 6 //延迟轮询时间（单位秒）;
lb_algo rr //后端调度算法（load balancing algorithm）;
lb_kind DR //LVS工作模式NAT/DR/TUN;
nat_mask 255.255.255.0
*** persistence_timeout 50 //会话保持时间,秒为单位,即同一个用户在50秒内被分配到同一个后端realserver;
*** protocol TCP //健康检查用的是TCP还是UDP;
real_server 192.168.200.200 80 { //后端RealServer的IP和端口(可以有多个real_server);
weight 1 //后端RealServer的权重,数值越大,权重越高,接收的请求越多;
HTTP_GET { //后端监控检查方法为SSL_GET/HTTP_GET;
url { //URL的方式检查后端监控状态;
path /testurl/test.jsp //path表示请求RealSerserver上的路径;
digest ff20ad2481f97b1754ef3e12ecd3a9cc //表示用genhash算出的结果进行比较;
#status_code 200 //也可以使用请求状态码;
}
connect_timeout 3 //连接超时时间;
nb_get_retry 3 //重连次数;
delay_before_retry 3 //重连间隔时间;
connect_port 80 //连接的端口;
}
}
sorry_server 127.0.0.1 80
}
这里需要重点说几个参数：
persistence_timeout
会话保持时间，单位是秒，这个选项对动态网页是非常有用的，为集群系统中的session共享提供了一个很好的解决方案。有了这个会话保持功能，用户的请求会被一直分配到某个服务节点，直到超过这个会话的保持时间。需要注意的是，这个会话保持时间是最大无响应超时时间，也就是说，用户在操作动态页面时，如果在50秒内没有执行任何操作，那么接下来的操作会被分发到另外的节点，但是如果用户一直在操作动态页面，则不受50秒的时间限制。另外当Keepalived配合LVS一起工作时，关于会话保持还要结合LVS的超时时间（ipvsadm -Ln –timeout）。
HTTP_GET
常用的健康检查方式健康检查方式一共有HTTP_GET、SSL_GET、TCP_CHECK、SMTP_CHECK和MISC_CHECK等。如果使用TCP_CHECK的话配置如下：
TCP_CHECK {
connect_timeout 5
nb_get_retry 3
delay_before_retry 3
connect_port 80
}
sorry_server
如果所有realserver都down机，怎么处理？是不是用户就没法打开，还是提供一下维护页面呢？sorry_server就是用来干这个事情的，当后端realserver都挂掉了之后，就会访问sorry_server定义的主机地址，一般在负载均衡开一个web即可。
注意事项
在配置keepalived.conf时，需要特别注意配置文件的语法格式以及出现重复的VIP，因为keepalived在启动时并不检测配置文件的正确性，即使没有配置文件，keepalived也能照样启动，所以一定要保证配置文件的正确性。本人曾经在线上业务就配置过重复的VIP地址和端口，Reload keepalived之后就覆盖了原来的VIP地址和端口从而导致业务出问题了。当发现后立马把此VIP的端口改掉（作用恢复原来的地址），再次reload时发现此操作无法生效，不得以进行了restart操作。
在默认情况下，keepalived在启动时会查找/etc/keepalived/keepalived.conf配置文件，如果配置文件放在了其他路径下，可以通过“keepalived -f”参数指定配置文件的路径即可。
