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【网站架构部署与优化】keepalived高可用

article 2024/10/10 12:10:57

文章目录

keepalived高可用
- 前言
- - 一个合格的群集应该具备的特性：
  - 健康检查（探针）常用的工作方式：
- keepalived
- - 概述
  - Keepalived工作原理
  - Keepalived体系主要模块及其作用
  - Keepalived 工作模式
  - Nginx + Keepalived 实现高可用
  - 实验
  - 脑裂故障问题及其解决方案
- LVS+Keepalived 高可用群集部署指南

keepalived高可用

前言

一个合格的群集应该具备的特性：

负载均衡：通过分配任务到不同的节点服务器，以平衡工作负载和提高整体性能。负载均衡器可以根据不同的策略（如轮询、最少连接、基于权重等）将请求分发到集群中的服务器。
健康检查（探针）：用于监控调度器和节点服务器的运行状态。如果某个节点出现故障或无法响应，健康检查将能够检测到这种情况，并触发相应的故障处理机制。
故障转移：在主节点或服务器出现故障时，通过VIP（虚拟IP）漂移等技术实现主备切换，确保服务的连续性和可用性。故障转移机制可以自动或手动触发，具体取决于集群的配置和策略。

健康检查（探针）常用的工作方式：

发送心跳消息：通过发送vrrp报文（虚拟路由器冗余协议报文）或ping/pong消息来检测节点的存活状态。如果节点在一定时间内没有响应心跳消息，则认为该节点出现故障。
TCP端口检查：向目标主机的IP地址和端口发起TCP连接请求。如果TCP连接能够成功建立（即三次握手成功），则认为该节点健康；否则，认为该节点异常。
HTTP URL检查：通过HTTP协议向目标主机的特定URL路径发起GET请求。如果响应状态码为2XX或3XX（表示成功或重定向），则认为该节点健康；如果响应状态码为4XX或5XX（表示客户端或服务器端错误），则认为该节点异常。

keepalived

Keepalived是一个基于VRRP协议的高可用解决方案，它主要用于监控集群系统中各个服务节点的状态，并实现故障切换和负载均衡，以确保系统的高可用性和可靠性。

概述

Keepalived通过VRRP协议实现了服务器的故障切换和负载均衡功能。在LVS（Linux Virtual Server）服务集群中，Keepalived可以确保主服务器和备份服务器之间的无缝切换，从而提供不间断的服务。

Keepalived工作原理

VRRP协议实现：
- Keepalived运行在每台服务器上，通过网络监听来自其他服务器的VRRP广播消息。
- 当主服务器出现故障或网络异常时，备份服务器会检测到这个变化。
- 根据VRRP优先级规则，备份服务器会选举出新的主服务器，并接管故障服务器的IP地址，成为新的虚拟IP（VIP）的拥有者。
- 虚拟IP会被路由器配置为默认网关，从而实现了负载均衡和故障切换。
健康检查：
- Keepalived的check模块负责健康检查，通过不同的方式（如ICMP、TCP、HTTP等）检测后端服务器的状态。
- 如果某个服务器出现故障，check模块会将其从集群中移除，以确保服务的连续性和可靠性。
故障切换：
- 当主服务器出现故障时，备份服务器会接管虚拟IP，并继续提供服务。
- 当故障服务器恢复正常时，它会重新参与选举过程，并根据VRRP优先级规则决定是否成为新的主服务器。

Keepalived体系主要模块及其作用

core模块：
- 为Keepalived的核心，负责主进程的启动、维护及全局配置文件的加载和解析。
vrrp模块：
- 实现VRRP协议，负责调度器之间的健康检查和主备切换。
- 通过VRRP协议，Keepalived可以在主备服务器之间维持心跳，确保主服务器出现故障时备份服务器能够及时接管。
check模块：
- 负责节点服务器的健康检查，常见的方式有端口检查及URL检查。
- 通过定期检查服务器的健康状况，check模块可以及时发现并处理故障服务器，确保服务的高可用性。

Keepalived 工作模式

Keepalived 主要支持两种工作模式：

抢占模式：
- 这是 Keepalived 的默认模式。
- 当 MASTER 节点从故障中恢复后，它会尝试将 VIP 从 BACKUP 节点抢占回来。
- 抢占过程依赖于 VRRP 协议的优先级和广告间隔。
非抢占模式：
- 在这种模式下，MASTER 节点恢复后不会抢占 VIP。
- 要实现非抢占模式，需要将主备节点的 state 都配置为 BACKUP，并在 Keepalived 配置中添加 nopreempt 选项。
- 这样，当 MASTER 节点故障后，BACKUP 节点接管 VIP，而 MASTER 节点恢复后不会尝试重新获得 VIP。

Nginx + Keepalived 实现高可用

要实现 Nginx 作为负载均衡器与 Keepalived 的高可用组合，可以按照以下步骤进行：

准备健康检查脚本：
- 编写一个脚本，用于定期检查 Nginx 进程的状态。
- 如果 Nginx 进程未运行，则脚本应返回非零值，表示 Nginx 故障。
修改 Keepalived 配置文件：
- 在 Keepalived 配置文件中，使用 vrrp_script 指令定义健康检查脚本的路径。
- 使用 track_script 指令调用该脚本，并将其与 VRRP 实例关联。
- 根据脚本的返回值，Keepalived 可以动态调整 VRRP 实例的优先级或触发故障转移。
启动 Nginx 和 Keepalived：
- 在所有相关节点上启动 Nginx 和 Keepalived 服务。
- 确保 Keepalived 配置文件正确无误，并且健康检查脚本具有执行权限。

实验

keepalived + LVS-DR

LVS-DR（Direct Routing）即直接路由模式，是LVS（Linux Virtual Server）负载均衡技术中的一种模式。在此模式下，数据包的路由过程主要通过修改MAC地址来实现，而IP地址保持不变。keepalived结合LVS-DR可以实现高可用性的负载均衡解决方案。

实验环境准备：
- 两台服务器（或虚拟机）作为LVS调度器，分别安装keepalived和ipvsadm。
- 多台后端服务器作为实际提供服务的节点。
- 网络配置：确保所有服务器在同一网络中，并能相互通信。
实验步骤：
- 在LVS调度器上配置keepalived，设置VRRP实例，指定虚拟IP地址（VIP）。
- 配置LVS的DR模式，包括指定调度算法（如WRR、RR等）和后端服务器。
- 在后端服务器上配置VIP作为本地回环地址（lo:0），并设置路由禁锢，确保VIP的数据包仅在本地处理。
- 启动keepalived和ipvsadm服务，验证VIP的绑定和负载均衡效果。
验证：
- 通过客户端访问VIP，验证负载均衡是否正常工作。
- 模拟LVS调度器故障，观察备用调度器是否接管VIP，继续提供服务。

keepalived + nginx

Nginx是一个高性能的HTTP和反向代理服务器，也可以作为负载均衡器使用。keepalived与nginx结合，可以实现高可用性的反向代理和负载均衡解决方案。

实验环境准备：
- 两台服务器（或虚拟机）作为nginx负载均衡器，分别安装keepalived和nginx。
- 多台后端服务器作为实际提供服务的节点。
- 网络配置：确保所有服务器在同一网络中，并能相互通信。
实验步骤：
- 在nginx负载均衡器上配置keepalived，设置VRRP实例，指定虚拟IP地址（VIP）。
- 配置nginx的负载均衡策略，包括指定后端服务器和调度算法（如轮询、最小连接等）。
- 启动keepalived和nginx服务，验证VIP的绑定和负载均衡效果。
- 可选：配置nginx的健康检查功能，确保后端服务器的可用性。
验证：
- 通过客户端访问VIP，验证nginx的负载均衡是否正常工作。
- 模拟nginx负载均衡器故障，观察备用负载均衡器是否接管VIP，继续提供服务。

keepalived + haproxy

HAProxy是一个高性能的代理服务器，支持7层和4层代理，具有负载均衡、健康检查等多种特性。keepalived与haproxy结合，可以实现高可用性的负载均衡解决方案。

实验环境准备：
- 两台服务器（或虚拟机）作为haproxy负载均衡器，分别安装keepalived和haproxy。
- 多台后端服务器作为实际提供服务的节点。
- 网络配置：确保所有服务器在同一网络中，并能相互通信。
实验步骤：
- 在haproxy负载均衡器上配置keepalived，设置VRRP实例，指定虚拟IP地址（VIP）。
- 配置haproxy的负载均衡策略，包括指定后端服务器、调度算法（如轮询、最小连接等）和健康检查机制。
- 启动keepalived和haproxy服务，验证VIP的绑定和负载均衡效果。
验证：
- 通过客户端访问VIP，验证haproxy的负载均衡是否正常工作。
- 模拟haproxy负载均衡器故障，观察备用负载均衡器是否接管VIP，继续提供服务。

脑裂故障问题及其解决方案

脑裂故障现象：

主服务器和备服务器都同时拥有相同的 VIP。
这通常发生在主备服务器之间的通信中断时，备服务器无法收到主服务器的 VRRP 报文，从而误认为主服务器已经故障。
原因：
主备服务器之间的通信链路故障。
系统防火墙或安全策略阻止了 VRRP 报文的传输。
解决方案：
关闭其中一个节点的 Keepalived 服务：在发生脑裂故障时，可以手动关闭其中一个节点的 Keepalived 服务，以确保只有一个节点拥有 VIP。
预防措施：
- 关闭或配置防火墙规则，以允许 VRRP 组播地址（如 224.0.0.18）的传输。
- 在主备服务器之间添加双链路通信或做链路聚合，以提高通信链路的可靠性。
- 使用脚本定时判断主备服务器之间的通信链路是否中断，并在链路中断时自行关闭主服务器的 Keepalived 服务。
- 利用第三方应用或监控系统检测是否发生了脑裂故障，并在确认后关闭其中一个节点的 Keepalived 服务。

LVS+Keepalived 高可用群集部署指南

环境概述

主DR服务器：192.168.80.10
备DR服务器：192.168.80.11
Web服务器1：192.168.80.12
Web服务器2：192.168.80.13
虚拟IP（VIP）：192.168.80.188
客户端：192.168.80.200

LVS部署步骤

1. 配置负载调度器（主、备相同）

systemctl stop firewalld.service
setenforce 0

yum -y install ipvsadm keepalived
modprobe ip_vs
cat /proc/net/ip_vs

2. 配置Keepalived

主DR服务器（192.168.80.10）
编辑/etc/keepalived/keepalived.conf：

# 定义全局参数
global_defs {
    # 指定SMTP服务器地址，用于发送故障通知邮件
    smtp_server 127.0.0.1
    # 指定路由器ID，用于标识主DR服务器
    router_id LVS_01
}

# 定义VRRP热备实例参数
vrrp_instance VI_1 {
    # 指定热备状态，MASTER表示为主服务器
    state MASTER
    # 指定承载VIP地址的网络接口
    interface ens33
    # 指定虚拟路由器的ID号，每个热备组保持一致
    virtual_router_id 10
    # 指定优先级，数值越大优先级越高
    priority 100
    # 指定VRRP通告间隔秒数（心跳频率）
    advert_int 1
    # 定义认证信息，每个热备组保持一致
    authentication {
        # 指定认证类型
        auth_type PASS
        # 指定验证密码，主备服务器保持一致
        auth_pass abc123
    }
    # 指定群集VIP地址
    virtual_ipaddress {
        192.168.80.188
    }
}

# 定义虚拟服务器地址（VIP）、端口，以及负载均衡策略和后端真实服务器
virtual_server 192.168.80.188 80 {
    # 健康检查的间隔时间（秒）
    delay_loop 6
    # 指定调度算法，rr表示轮询
    lb_algo rr
    # 指定群集工作模式，DR表示直接路由
    lb_kind DR
    # 连接保持时间（秒），0表示不保持连接
    persistence_timeout 0
    # 应用服务采用的协议类型
    protocol TCP
    # 定义第一个真实服务器的地址、端口及权重
    real_server 192.168.80.12 80 {
        # 权重，用于负载均衡
        weight 1
        # TCP健康检查配置
        TCP_CHECK {
            # 检查的目标端口
            connect_port 80
            # 连接超时时间（秒）
            connect_timeout 3
            # 重试次数
            nb_get_retry 3
            # 重试间隔（秒）
            delay_before_retry 3
        }
    }
    # 定义第二个真实服务器的地址、端口及权重
    real_server 192.168.80.13 80 {
        # 权重，用于负载均衡
        weight 1
        # TCP健康检查配置
        TCP_CHECK {
            # 检查的目标端口
            connect_port 80
            # 连接超时时间（秒）
            connect_timeout 3
            # 重试次数
            nb_get_retry 3
            # 重试间隔（秒）
            delay_before_retry 3
        }
    }
}

备DR服务器（192.168.80.11）
编辑/etc/keepalived/keepalived.conf：

# 全局配置
global_defs {
    # 指定SMTP服务器地址，用于发送VRRP通知邮件
    smtp_server 127.0.0.1
    # 指定路由器ID，用于标识备份DR服务器
    router_id LVS_02
}

# VRRP实例配置
vrrp_instance VI_1 {
    # 指定VRRP实例的状态，BACKUP表示备份状态
    state BACKUP
    # 指定承载VIP地址的网络接口
    interface ens33
    # 指定虚拟路由器的ID号，每个VRRP实例必须唯一
    virtual_router_id 10
    # 指定备份DR服务器的优先级，数值越低优先级越低
    priority 90
    # 指定VRRP通告间隔秒数（心跳频率）
    advert_int 1
    # 定义VRRP实例的认证信息
    authentication {
        # 指定认证类型
        auth_type PASS
        # 指定验证密码，主备DR服务器必须相同
        auth_pass abc123
    }
    # 指定虚拟IP地址，即VIP
    virtual_ipaddress {
        192.168.80.188
    }
}

启动Keepalived服务：

systemctl start keepalived
ip addr show

3. 启动ipvsadm服务

主DR服务器（192.168.80.10）

ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
systemctl start ipvsadm
ipvsadm -ln

备DR服务器（192.168.80.11）

ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
systemctl start ipvsadm
ipvsadm -ln

4. 调整内核参数

编辑/etc/sysctl.conf：

# 设置所有接口的发送重定向消息的属性为0，表示不发送重定向消息
net.ipv4.conf.all.send_redirects = 0
# 设置默认接口的发送重定向消息的属性为0，表示不发送重定向消息
net.ipv4.conf.default.send_redirects = 0
# 设置ens33接口的发送重定向消息的属性为0，表示不发送重定向消息
net.ipv4.conf.ens33.send_redirects = 0

应用更改：

sysctl -p

配置节点服务器

1. 安装HTTPD服务

systemctl stop firewalld
setenforce 0

yum -y install httpd
systemctl start httpd

2. 配置本地回环接口

Web服务器1（192.168.80.12）
编辑/etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-lo:0：

DEVICE=lo:0
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.80.188
NETMASK=255.255.255.255

重启网络服务：

# 重启网络服务以应用新的网络配置
service network restart
# 启用lo:0接口，这是一个虚拟接口，用于承载VIP地址
ifup lo:0
# 查看lo:0接口的配置情况，包括IP地址等信息
ifconfig lo:0
# 添加一条路由规则，将VIP地址192.168.80.188的流量定向到lo:0接口
# 这样做的目的是为了让本机上的所有进程都能正确访问VIP地址
route add -host 192.168.80.188 dev lo:0

编辑/etc/sysctl.conf：

# 设置本地回环接口（lo）的ARP忽略属性为1，表示忽略来自其他设备的ARP请求
net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1
# 设置本地回环接口（lo）的ARP宣告属性为2，表示宣告自己的IP地址和MAC地址
# 2表示使用标准的ARP宣告方式，即宣告自己的IP地址和MAC地址
net.ipv4.conf.lo.arp_announce = 2
# 设置所有接口的ARP忽略属性为1，表示忽略来自其他设备的ARP请求
net_ipv4.conf.all.arp_ignore = 1
# 设置所有接口的ARP宣告属性为2，表示宣告自己的IP地址和MAC地址
# 2表示使用标准的ARP宣告方式，即宣告自己的IP地址和MAC地址
net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2

应用更改：

sysctl -p

Web服务器2（192.168.80.13）
配置步骤与Web服务器1相同。
编辑/etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-lo:0：

DEVICE=lo:0
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.80.188
NETMASK=255.255.255.255

重启网络服务：

service network restart
ifup lo:0
ifconfig lo:0
route add -host 192.168.80.188 dev lo:0

编辑/etc/sysctl.conf：

net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.lo.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2

应用更改：

sysctl -p

测试验证

在客户端访问http://192.168.80.188/，确认能够正常访问Web页面。
然后在主DR服务器上停止Keepalived服务：

systemctl stop keepalived

再次访问http://192.168.80.188/，确认服务能够自动切换到备DR服务器上。

小问答

Keepalived通过什么判断哪台主机为主服务器,通过什么方式配置浮动IP？
Keepalived首先做初始化先检查state状态，master为主服务器，backup为备服务器。
然后再对比所有服务器的priority，谁的优先级高谁是最终的主服务器。
优先级高的服务器会通过ip命令为自己的电脑配置一个提前定义好的浮动IP地址。

keepalived的抢占与非抢占模式？
抢占模式即MASTER从故障中恢复后，会将VIP从BACKUP节点中抢占过来。非抢占模式即MASTER恢复后不抢占BACKUP升级为MASTER后的VIP
非抢占式俩节点state必须为bakcup，且必须配置nopreempt。
注意：这样配置后，我们要注意启动服务的顺序，优先启动的获取master权限，与优先级没有关系了。

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http://www.kler.cn/news/341206.html