第 3 章 Keepalived 双机热备

技能展示：

• 会构建双机热备系统
• 会构建 LVS+HA 高可用群集

        在这个高度信息化的 IT 时代，企业的生产系统、业务运营、销售和支持，以及日常管理等环节越来越依赖于计算机信息和服务，对高可用（HA）技术的应用需求不断提高，以便提供持续的、不间断的计算机系统或网络服务。

        本章将学习如何使用 Keepalived 实现双机热备，包括针对 IP 地址的故障切换，以及在LVS 高可用群集中的热备应用。

3.1 Keepalived双机热备基础知识

        Keepalived 起初是专门针对 LVS 设计的一款强大的辅助工具，主要用来提供故障切换（Failover）和健康检查（Health Checking）功能——判断 LVS 负载调度器、节点服务器的可用性，当 master 主机出现故障及时切换到 backup 节点保证业务正常，当 master 故障主机恢复后将其重新加入群集并且业务重新切换回 master 节点。

3.1.1 Keepalived概述及安装

        Keepalived 的官方网站位于 http://www.keepalived.org/，本章将以 YUM 方式讲解Keepalived 的安装、配置和使用过程。在非 LVS 群集环境中使用时，Keepalived 也可以作为热备软件使用。

3.1.1 Keepalived概述及安装

1. Keepalived的热备方式

        Keepalived 采用 VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol，虚拟路由冗余协议）热备份协议，以软件的方式实现 Linux 服务器的多机热备功能。VRRP 是针对路由器的一种备份解决方案——由多台路由器组成一个热备组，通过共用的虚拟 IP 地址对外提供服务；每个热备组内同一时刻只有一台主路由器提供服务，其他路由器处于冗余状态。若当前在线的路由器失效，则其他路由器会自动接替（优先级决定接替顺序）虚拟 IP 地址，以继续提供服务，如图 3.1 所示。

        

        热备组内的每台路由器都可能成为主路由器，虚拟路由器的 IP 地址（VIP）可以在热备组内的路由器之间进行转移，所以也称为漂移 IP 地址。使用 Keepalived 时，漂移地址的实现不需要手动建立虚接口配置文件（如 ens33∶0），而是由 Keepalived 根据配置文件自动管理。

图 3.1 Keepalived 的 VRRP 热备机制

2. Keepalived的安装与服务控制

（1）安装 Keepalived

        在 CentOS 7 系统中，使用 YUM 方式安装 keepalived.x86_64 0:1.2.13-8.el7，会自动 安装 Keepalived 所需的软件包。除此之外，在 LVS 群集环境中应用时，也需要用到 ipvsadm 管理工具。

[root@node1 ~]# yum -y install keepalived ipvsadm   ##两台机器均需要安装

（2）控制 Keepalived 服务

        YUM 安装 keepalived 后，执行以下命令将 keepalived 服务设置为开机启动。

[root@node1 ~]# systemctl enable keepalived.service    ##两台机器均需要安装

3.1.2 使用Keepalived实现双机热备

        基于 VRRP 的热备方式，Keepalived 可以用作服务器的故障切换，每个热备组可以有多台服务器——当然，最常用的就是双机热备了。在这种双机热备方案中，故障切换主要针对虚拟 IP 地址的漂移来实现，因此能够适用于各种应用服务器（不管是 Web、FTP、Mail，还是 SSH、DNS……）。

        

        本小节将通过一个简单的案例来说明 Keepalived 双机热备的配置方法。其中，主、备服务器的 IP 地址分别为 172.16.16.173 和 172.16.16.174，基于漂移地址 172.16.16.172提供 Web 服务，如图 3.2 所示

图 3.2 Keepalived 双机热备示意图

        

        主、备服务器中都需要安装 Keepalived，使用 YUM 方式安装 httpd 提供 Web 服务。下面仅讲解与 Keepalived 相关的配置及测试过程。

1. 主服务器的配置

        Keepalived 服务的配置目录位于/etc/keepalived/。其中，keepalived.conf 是主配置文件。另外包括一个子目录 samples/，提供了许多配置样例作为参考

        在 Keepalived 的配置文件中，使用“global_defs {…}”区段指定全局参数，使用“vrrp_instance 实例名称 {…}”区段指定 VRRP 热备参数，注释文字以“!”符号开头。

[root@node1 ~]# systemctl stop firewalld
[root@node1 ~]# cd /etc/keepalived/
[root@node1 keepalived]# cp keepalived.conf keepalived.conf.bak
[root@node1 keepalived]# vim keepalived.conf
global_defs {
   router_id HA_TEST_R1
}

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface ens33
    virtual_router_id 1
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 123456
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.8.10
    }
}

        确认上述配置无误，然后启动 Keepalived 服务。实际状态为 MASTER 的主服务器将为 ens33 接口自动添加 VIP 地址，通过 ip 命令可以查看。注意：ifconfig 命令看不到。

[root@node1 keepalived]# systemctl start keepalived.service 
[root@node1 keepalived]# ip addr show dev ens33
2: ens33:  mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:6c:32:f2 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.8.11/24 brd 192.168.8.255 scope global noprefixroute ens33
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet 192.168.8.10/32 scope global ens33
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::7457:78b3:7f51:9a01/64 scope link noprefixroute 
       valid_lft forever preferred_lft forever
[root@node1 keepalived]# 

2. 备用服务器的配置

        在同一个 Keepalived 热备组内，所有服务器的 Keepalived 配置文件基本相同，包括虚拟路由器的 ID 号、认证信息、漂移地址、心跳频率等。不同之处主要在于路由器名称、热备状态、优先级。

• 路由器名称（router_id）：建议为每个参与热备的服务器指定不同的名称。
• 热备状态（state）：至少应有一台主服务器，将状态设为 MASTER；可以有多台备用的服务器，将状态设为 BACKUP。
• 优先级（priority）：数值越大则取得 VIP 控制权的优先级越高，因此主服务器的优先级应设为最高；其他备用服务器的优先级可依次递减，但不要相同，以免在争夺 VIP 控制权时发生冲突。

        配置备用服务器（可以有多台）时，可以参考主服务器的 keepalived.conf 配置文件内容，只需修改路由器名称、热备状态、优先级。

global_defs {
   router_id HA_TEST_R2
}

vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    interface ens33
    virtual_router_id 1
    priority 99
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 123456
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.8.10
    }   
}
[root@node2 keepalived]# systemctl start keepalived.service 

        确认配置无误，一样需要启动 Keepalived 服务。此时主服务器仍然在线，VIP 地址实际上仍然由主服务器控制，其他服务器处于备用状态。因此，在备用服务器中将不会为 ens33接口添加 VIP 地址。

3. 测试双机热备功能

        Keepalived 的日志消息保存在/var/log/messages 文件中，在测试主、备故障自动切换功能时，可以跟踪此日志文件来观察热备状态的变化。以针对连通性和 Web 服务的测试为例，主要操作如下。

（1）连通性测试

        在客户机中执行“ping -t 172.16.16.172”命令，能够正常、持续 ping 通，根据以下 操作继续观察测试结果。

        ① 停止启用主服务器的 Keepalived 服务，发现 ping 测试只中断了 1 或 2 个包即恢复正常，说明已有其他服务器接替 VIP 地址，并及时响应客户机请求。

        ② 重新启用主服务器的 Keepalived 服务，发现 ping 测试再次中断 1 或 2 个包即恢复正常，说明主服务器已恢复正常，并夺回 VIP 地址的控制权。

（2）Web 访问测试

        在客户机中访问 http://172.16.16.172/，将看到由主服务器 172.16.16.173 提供的网页文档。

        ① 停止启用主服务器的 Keepalived 服务，再次访问上述 Web 服务，将看到由备用服务器 172.16.16.174 提供的网页文档，说明 VIP 地址已切换至备用服务器。

        ② 重新启用主服务器的 Keepalived 服务，再次访问上述 Web 服务，将看到重新由主服务器 172.16.16.173 提供的网页文档，说明主服务器已重新夺取 VIP 地址。

（3）查看日志记录

        在执行主、备服务器故障切换的过程中，分别观察各自的/var/log/messages 日志文件，可以看到 MASTER、SLAVE 状态的迁移记录。

        ① 主服务器中，Keepalived 服务状态先变为“stop”，移除 VIP 地址，恢复后重新变为 MASTER。

        ② 备用服务器中，状态先切换为 MASTER，待主服务器恢复后再交回控制权。

        通过上述测试过程，可以发现双机热备已经正常。客户机只要通过 VIP 地址就可以访问服务器所提供的 Web 等应用。其中，任何一台服务器失效，另一台服务器将会立即接替服务，从而实现高可用性。实际应用时，注意主、备服务器所提供的 Web 服务内容要保持一致。

3.2 LVS+Keepalived高可用群集

        Keepalived 的设计目标是构建高可用的 LVS 负载均衡群集，可以调用 ipvsadm 工具来创建虚拟服务器、管理服务器池，而不仅仅用作双机热备。使用 Keepalived 构建 LVS 群集更加简便易用，主要优势体现在：对 LVS 负载调度器实现热备切换，提高可用性；对服务器池中的节点进行健康检查，自动移除失效节点，恢复后再重新加入。

        在基于 LVS+Keepalived 实现的 LVS 群集结构中，至少包括两台热备的负载调度器，三台以上的节点服务器。本节将以 DR 模式的 LVS 群集为基础，增加一台从负载调度器，使用Keepalived 来实现主、从调度器的热备，从而构建兼有负载均衡、高可用两种能力的 LVS网站群集平台，如图 3.3 所示。

图 3.3 LVS+Keepalived 高可用群集示意

        使用 Keepalived 构建 LVS 群集时，也需要用到 ipvsadm 管理工具。但大部分工作会由Keepalived 自动完成，不需要手动执行 ipvsadm（除了查看和监控群集以外）。下面主要讲解 Keepalived 的服务器池设置，关于 NFS 共享服务的配置、Keepalived 的热备配置等在此不再详细阐述。

1. 配置主调度器

配置主调度器步骤如下：

（1）全局配置、热备配置

首先为主、从调度器实现热备功能，漂移地址使用 LVS 群集的 VIP 地址。

[root@node1 ~]# cd /etc/keepalived/
[root@node1 keepalived]# vim keepalived.conf
global_defs {
   router_id HA_TEST_R1
}

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface ens33
    virtual_router_id 1
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 123456
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.8.10
    }
}

vrrp_instance VI_2 {
    state MASTER
    interface ens36
    virtual_router_id 2
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 123456
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.10.10
    }
}

[root@node1 keepalived]# systemctl restart keepalived.service 
[root@node1 keepalived]# ip addr show dev ens36
3: ens36:  mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:6c:32:fc brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.10.11/24 brd 192.168.10.255 scope global noprefixroute ens36
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet 192.168.10.10/32 scope global ens36
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::f237:a7e7:aa9:c19f/64 scope link noprefixroute 
       valid_lft forever preferred_lft forever
[root@node1 keepalived]# 

[root@node2 keepalived]# vim keepalived.conf
global_defs {
   router_id HA_TEST_R2
}

vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    interface ens33
    virtual_router_id 1
    priority 99
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 123456
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.8.10
    }
}

vrrp_instance VI_2 {
    state BACKUP
    interface ens36
    virtual_router_id 2
    priority 99
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 123456
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.10.10
    }
}

[root@node2 keepalived]# systemctl restart keepalived.service 
[root@node2 keepalived]# ip add show dev ens36
3: ens36:  mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:59:ba:e7 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.10.12/24 brd 192.168.10.255 scope global noprefixroute ens36
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::78de:7a13:fd75:e51a/64 scope link noprefixroute 
       valid_lft forever preferred_lft forever
[root@node2 keepalived]# 

（2）Web 服务器池配置

        在 Keepalieved 的热备配置基础上添加“virtual_server VIP 端口 { ... }”区段来配置虚拟服务器，主要包括对负载调度算法、群集工作模式、健康检查间隔、真实服务器地址等参数的设置。

virtual_server 192.168.8.10 80 {
    delay_loop 15
    lb_algo rr 
    lb_kind DR 
!    persistence_timeout 50
    protocol TCP
    real_server 192.168.8.11 80 {
        weight 1
        TCP_CHECK {
            connect_port 80
            connect_timeout 3
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 4
        }   
    }   
    real_server 192.168.8.12 80 {
        weight 1
        TCP_CHECK {
            connect_port 80
            connect_timeout 3
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 4
        }   
    }   
}

（3）主/从机器的参数配置

[root@node1 ~]# vim /etc/sysctl.conf 
net.ipv4.conf.all.send_redirects = 0
net.ipv4.conf.default.send_redirects = 0
net.ipv4.conf.ens33.send_redirects = 0

[root@node1 ~]# sysctl -p
net.ipv4.conf.all.send_redirects = 0
net.ipv4.conf.default.send_redirects = 0
net.ipv4.conf.ens33.send_redirects = 0

[root@node1 ~]# systemctl restart keepalived.service

（4）Web服务站参数配置

[root@node4 network-scripts]# vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.default.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.default.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.lo.arp_announce = 2

[root@node4 network-scripts]# sysctl -p
net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.default.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.default.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.lo.arp_announce = 2

[root@node4 ~]# cd /etc/sysconfig/network-scripts/
[root@node4 network-scripts]# cp ifcfg-lo ifcfg-lo:0
[root@node4 network-scripts]# vim ifcfg-lo:0
DEVICE=lo:0
IPADDR=192.168.8.10
NETMASK=255.255.255.255
ONBOOT=yes

[root@node4 network-scripts]# ifup ifcfg-lo:0
[root@node4 network-scripts]# ifconfig