基于Keepalived实现双机主备

本文使用keepalived快速配置实现双机主备模式，该模式为keepalived入门使用，生产使用需要谨慎，当然可用于帮助理解keepalived

步骤：

1. 主备server安装keepalived
2. 主备server配置keepalived.conf
3. 主备server安装httpd web服务（用于测试）
4. 主备启动keepalived，并测试master、backup各自中断服务后，访问情况

1、yum -y install keepalived httpd

2、主server的配置文件：

! Configuration File for keepalived

global_defs {
   router_id s0  ！ 集群作用域的全局路由id，每台serverID要求唯一
}

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER ! 主server为master，备server为BACKUP
    interface eth0 ！该server的网卡
    virtual_router_id 51  ！集群作用域所有server 相同id
    priority 100 ！优先级，同一个vrrp_instance里，主server必须要高于备server
    advert_int 1 
    authentication {  ！主与备之间的认证机制
        auth_type PASS  
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress { ！ 虚拟IP
        192.168.1.10
    }
}

备机的配置同上，只需将state和priority改下 。从该配置文件可知，kl提供的功能极为简单，因此可实现一主多备的模式，而且非常容易配置，例如通过ansible 批量配置备机。

3、安装apache httpd web server

修改web主页内容，以便显示访问的是来自哪台server：

cd /var/www/html

vi index.html

内容：from keepalived master server

同理备机：from keepalived slave server

（聪明的你，可用docker去启动一个web服务，甚至keepalived也被docker化）

4、主备分别启动keepalived

server keepalived start

在主server的linux日志可看到相关运行info

vi /var/log/messages

Jun 27 02:58:10 nn systemd: Started LVS and VRRP High Availability Monitor.
# 启动LVS和VRRP HA监测服务
Jun 27 02:58:10 nn Keepalived_healthcheckers[11285]: Opening file '/etc/keepalived/keepalived.conf'.
# 读取ka配置文件
Jun 27 02:58:10 nn Keepalived_vrrp[11286]: Registering Kernel netlink reflector
# ka使用Linux内核netlink创建与ka进程的通信
# netlink是用户进程与内核的IP网络配置之间的通信接口，同时它也可以作为内核内部与多个用户空间进程之
# 间的消息传输系统.基于netlink，用户进程和内核之间的通信支持全双工、组播、异步，像一台纯软件实现的“虚拟机三层交换机”，从这一点可感受到Linux内核有多强大！

Jun 27 02:58:10 nn Keepalived_vrrp[11286]: Registering Kernel netlink command channel
Jun 27 02:58:10 nn Keepalived_vrrp[11286]: Registering gratuitous ARP shared channel
Jun 27 02:58:10 nn Keepalived_vrrp[11286]: Opening file '/etc/keepalived/keepalived.conf'.
Jun 27 02:58:10 nn Keepalived_vrrp[11286]: VRRP_Instance(VI_1) removing protocol VIPs.
Jun 27 02:58:10 nn Keepalived_vrrp[11286]: Using LinkWatch kernel netlink reflector...
Jun 27 02:58:10 nn Keepalived_vrrp[11286]: VRRP sockpool: [ifindex(2), proto(112), unicast(0), fd(10,11)]
Jun 27 02:58:11 nn Keepalived_vrrp[11286]: VRRP_Instance(VI_1) Transition to MASTER STATE
Jun 27 02:58:12 nn Keepalived_vrrp[11286]: VRRP_Instance(VI_1) Entering MASTER STATE
# 通过VRRP协议和ka的配置文件，将这台server选为master角色

Jun 27 02:58:12 nn Keepalived_vrrp[11286]: VRRP_Instance(VI_1) setting protocol VIPs.
# eth0网口上设置VIP
Jun 27 02:58:12 nn Keepalived_vrrp[11286]: Sending gratuitous ARP on eth0 for 192.168.1.10
# 在eth0发送ARP广播，对外问下192.168.1.10有没有机器在使用
Jun 27 02:58:12 nn Keepalived_vrrp[11286]: VRRP_Instance(VI_1) Sending/queueing gratuitous ARPs on eth0 for 192.168.88.10
Jun 27 02:58:12 nn Keepalived_vrrp[11286]: Sending gratuitous ARP on eth0 for 192.168.1.10
Jun 27 02:58:12 nn Keepalived_vrrp[11286]: Sending gratuitous ARP on eth0 for 192.168.1.10
Jun 27 02:58:12 nn Keepalived_vrrp[11286]: Sending gratuitous ARP on eth0 for 192.168.1.10
Jun 27 02:58:12 nn Keepalived_vrrp[11286]: Sending gratuitous ARP on eth0 for 192.168.1.10

备机的message：

Jun 27 03:25:23 dn2 systemd: Starting LVS and VRRP High Availability Monitor...
Jun 27 03:25:23 dn2 Keepalived[11248]: Starting Keepalived v1.3.5 (03/19,2017), git commit v1.3.5-6-g6fa32f2
Jun 27 03:25:23 dn2 Keepalived[11248]: Opening file '/etc/keepalived/keepalived.conf'.
Jun 27 03:25:23 dn2 systemd: PID file /var/run/keepalived.pid not readable (yet?) after start.
Jun 27 03:25:23 dn2 Keepalived[11249]: Starting Healthcheck child process, pid=11250
Jun 27 03:25:23 dn2 Keepalived[11249]: Starting VRRP child process, pid=11251
Jun 27 03:25:23 dn2 systemd: Started LVS and VRRP High Availability Monitor.
Jun 27 03:25:23 dn2 Keepalived_healthcheckers[11250]: Opening file '/etc/keepalived/keepalived.conf'.
Jun 27 03:25:23 dn2 Keepalived_vrrp[11251]: Registering Kernel netlink reflector
Jun 27 03:25:23 dn2 Keepalived_vrrp[11251]: Registering Kernel netlink command channel
Jun 27 03:25:23 dn2 Keepalived_vrrp[11251]: Registering gratuitous ARP shared channel
Jun 27 03:25:23 dn2 Keepalived_vrrp[11251]: Opening file '/etc/keepalived/keepalived.conf'.
Jun 27 03:25:23 dn2 Keepalived_vrrp[11251]: VRRP_Instance(VI_1) removing protocol VIPs.
Jun 27 03:25:23 dn2 Keepalived_vrrp[11251]: Using LinkWatch kernel netlink reflector...
Jun 27 03:25:23 dn2 Keepalived_vrrp[11251]: VRRP_Instance(VI_1) Entering BACKUP STATE
# 备机进入BACKUP状态
Jun 27 03:25:23 dn2 Keepalived_vrrp[11251]: VRRP sockpool: [ifindex(2), proto(112), unicast(0), fd(10,11)]

对比主备ka的运行日志发现：

主server比被server多了在eth0网口设置VIP：192.168.1.10的过程，使用ip a命令查看网口配置可看到：

主server网口多了VIP，而备机网口还是单IP，这里涉及到keepalived的设计原理，以下为原理解析部分

5、keepalived工作原理

5.1  模块设计

keepalived采用是模块化设计，不同模块实现不同的功能，keepalived主要有三个模块，分别是core、check和vrrp。

core：是keepalived的核心，负责主进程的启动和维护，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；

可基于脚本检查对IPVS后端服务器健康状况进行检查。

vrrp：VRRPD子进程，VRRPD子进程就是来实现VRRP协议，虚拟冗余路由协议。

下面是其他库： libipfwc：iptables/ipchains库，配置LVS会用到 libipvs*：配置LVS会用到，注意，keepalived和LVS完全不同的技术方向，各司其职相互配合

架构图：

keepalived启动后会有三个进程:

父进程：内存管理，IO调度、子进程管理等等

子进程：vrrpd子进程

子进程：healthchecker子进程

由上图可知，两个子进程都被系统WatchDog看管，两个子进程各自实现自己的事，healthchecker子进程实现检查各自服务器的健康程度，例如HTTP，LVS等等，如果healthchecker子进程检查到MASTER上服务不可用，就会通知本机上的兄弟VRRP子进程，让他删除通告，并且去掉虚拟IP，转换为BACKUP状态

5.2 工作原理

kpa是一个类似于layer3，4 & 5交换机制的软件，类似第3层、第4层和第5层物理交换机，分别工作在IP/TCP协议栈的IP层、TCP层、应用层。原理分别如下：

在layer3，kpa使用layer3的方式工作式时，kpa会定期向服务器群中的服务器发送一个ICMP的数据包（既Ping），如果发现某台服务的IP地址没有激活，kpa便报告这台服务器失效，并将它从服务器群中剔除(这种情况的典型例子是某台服务器被非法关机)。Layer3方式是以服务器的IP地址是否有效作为服务器工作正常与否的标准。

在layer4: layer4主要以TCP端口的状态来决定服务器工作正常与否。如web server的服务端口一般是80，8080或者443，如果kpa检测到80端口没有启动，则kpa将把这台服务器从服务器群中剔除。

Layer5： Layer5就是工作在具体的应用层了，比Layer3,Layer4要复杂，在网络上占用的带宽也要大一些。kpa将根据用户的设定规则检查服务器相应服务是否运行正常，如果没有正常运行，则Keepalived将把服务器从服务器群中剔除。

5.3 VRRP虚拟冗余路由协议

在现实的网络环境中，两台需要通信的主机大多数情况下并没有直接的物理连接。对于这样的情况，它们之间路由怎样选择？主机如何选定到达目的主机的下一跳路由，这个问题通常的解决方法有二种：在主机上使用动态路由协议(RIP、OSPF等)或者在主机上配置静态路由。显然，在主机上配置动态路由是不切实际的，因为管理、维护成本以及是否支持等诸多问题。配置静态路由则变得十分流行，但路由器(或者说默认网关default gateway)却经常成为单点。

VRRP的目的就是为了解决静态路由单点故障问题。VRRP通过一竞选(election)协议来动态的将路由任务交给LAN中虚拟路由器中的某台VRRP路由器。

            VRRP工作机制

            在一个VRRP虚拟路由器中，有多台物理的VRRP路由器，但是这多台的物理的机器并不能同时工作，而是由一台称为MASTER的负责路由工作，其它的都是BACKUP，MASTER并非一成不变，VRRP让每个VRRP路由器参与竞选，最终获胜的就是MASTER。MASTER拥有一些特权，比如 拥有虚拟路由器的IP地址，我们的主机就是用这个IP地址作为静态路由的。拥有特权的MASTER要负责转发发送给网关地址的包和响应ARP请求。VRRP通过竞选协议来实现虚拟路由器的功能，所有的协议报文都是通过IP多播(multicast)包形式发送的。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，对他们来说，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广告包(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收不到广告包)， 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

6、入门级kpa优缺点

优点当然是配置简单，缺点：浪费服务器资源，因为配置模式为主备，正常对外服务时，仅有一台主机对外提供服务，而多台备机只能处于未使用状态。在之后的几篇文章中，将开始使用keepalived+nginx，keepalived+lvs实现负载均衡高可用的主从、双主模式。