高可用 HA（High Availability）是分布式系统架构设计中必须考虑的因素之一，它通常是指通过设计，减少系统服务不可用的时间。假设系统一直能够提供服务，我们说系统的可用性是 100%。如果系统每运行 100 个时间单位，会有 1 个时间单位无法提供服务，我们说系统的可用性是 99%。很多公司的高可用目标是 4 个 9，也就是 99.99%，这就意味着，系统的年停机时间为 0.876 个小时。
实现高可用的核心点：
- 冷备：服务器不启用（域名不解析），使用的时候再开启，需要手动切换。 *** 作费力耗时。
- 热备：服务器在等待状态（监控主服务器状态），一旦主宕机，备就接管，自动切换。
实现热备，引入 VIP（Virtual IP）的切换
通过 VIP 的方式，切换主备服务器
-
默认 VIP 绑定在主服务器（master）
-
master 不可用，就切换 VIP 到备份服务器（backup）
-
用户可以使用到连续性更好的服务，通过 VIP 访问服务器
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
3、keepalived 组成和原理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。
虚拟路由冗余协议，可以认为是实现路由器高可用的协议，即将 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 的功能体系结构，大致分两层：用户空间（user space）和内核空间（kernel space）。
内核空间：
主要包括 IPVS（IP虚拟服务器，用于实现网络服务的负载均衡）和 NETlink（提供高级路由及其他相关的网络功能）两个部份。
用户空间：
WatchDog：负载监控 checkers 和 VRRP 进程的状况
VRRP Stack：负载均衡器之间的失败切换 FailOver，如果只用一个负载均衡器，则 VRRP 不是必须的。
Checkers：负责真实服务器的健康检查 healthchecking，是 keepalived 最主要的功能。换言之，可以没有 VRRP Stack，但健康检查 healthchecking 是一定要有的。
IPVS wrapper：用户发送设定的规则到内核 ipvs 代码
Netlink Reflector：用来设定 vrrp 的 vip 地址等。
keepalived 主要使用三个模块，分别是 core、check 和 vrrp。
-
core 模块为 keepalived 的核心，负责主进程的启动、维护以及全局配置文件的加载和解析。
-
check 负责健康检查，包括常见的各种检查方式。
-
vrrp 模块是来实现 VRRP 协议的。
master 和 backup 主机都需要进行安装
yum -y install keepalived
keepalived 需要使用的目录和文件：
vim /etc/keepalived/keepalived.conf
示例配置文件说明
! Configuration File for keepalived
# 发送邮件的配置
global_defs {
notification_email {
[email protected]
[email protected]
[email protected]
}
notification_email_from [email protected]
smtp_server 192.168.200.1
smtp_connect_timeout 30
router_id LVS_DEVEL
}
# vrrp 协议的配置
vrrp_instance VI_1 {
# 工作模式
state MASTER
# 监听的网卡
interface eth0
# 虚拟路由 id 需要和备服务器一致
virtual_router_id 51
# 权重 优先级
priority 100
# vrrp 包的发送周期 1s
advert_int 1
# 权限验证
authentication {
auth_type PASS
auth_pass 1111
}
# 需要绑定切换的 VIP
virtual_ipaddress {
192.168.200.16
192.168.200.17
192.168.200.18
}
}
····
二、实现主机 HA
- 主服务器配置
! Configuration File for keepalived
global_defs {
notification_email {
[email protected]
[email protected]
[email protected]
}
notification_email_from [email protected]
smtp_server 192.168.200.1
smtp_connect_timeout 30
router_id LVS_DEVEL
}
vrrp_instance VI_1 {
state MASTER
# 改为本机的网卡名称
interface ens33
virtual_router_id 51
priority 100
advert_int 1
authentication {
auth_type PASS
auth_pass 1111
}
# master 默认只需要修改使用 VIP 即可
virtual_ipaddress {
192.168.17.200
}
}
- 备服务器配置
! Configuration File for keepalived
global_defs {
notification_email {
[email protected]
[email protected]
[email protected]
}
notification_email_from [email protected]
smtp_server 192.168.200.1
smtp_connect_timeout 30
router_id LVS_DEVEL
}
vrrp_instance VI_1 {
# 修改工作模式为备
state BACKUP
# 改为本机的网卡名称
interface ens33
virtual_router_id 51
# 优先级要低于 master
priority 99
advert_int 1
authentication {
auth_type PASS
auth_pass 1111
}
# 注意修改 VIP
virtual_ipaddress {
192.168.17.200
}
}
2、启动
分别按照顺序启动主、备服务器的 keepalived
systemctl start keepalived.service && systemctl enable keepalived.service
查看主备服务器的网卡信息
# 需要通过 ip a 命令查看 分别在 server01 和 server02 查看 shell > ip a3、模拟服务器不可用 VIP 切换
服务器整机不可用，常见于服务器断网，或者断电关机等。
方法一：模拟主服务器断电关闭
# 关闭主服务器，VIP 所在服务器 shell > poweroff
方法二：模拟主服务器断网
# 关闭 VIP 所在服务器的网卡，使其不能够联网 shell > service network stop
通过以上实验检测，发现当主服务器整机不可用时，VIP 会自动切换到备用服务器
三、实现服务 HA通过 keepalived 可以直接实现主服务器整机不可用，实现 VIP 的切换。保证用户可以通过 VIP 进行访问服务。
但是实际情况下，往往并不是服务器整机不可用，只是对应的服务或者软件不可用。
比如说：nginx 提供的 web 服务，nginx 进程关闭，服务就不可用了，所以就需要检测当 nginx 不可用时，就切换 VIP。
实现过程分析：
-
VIP 实际是由 keepalived 进行绑定的，所以当 nginx 服务不可用时，就关闭当前机器的 keepalived 即可，释放 VIP。进而绑定到其他备用服务器。
-
编写服务检测脚本，实现检测 nginx 是否可用，不可用则关闭当前所在主机的 keepalived。
-
在 keepalived 配置中调用检测服务脚本。
主备服务器都要添加此脚本
touch /etc/keepalived/check_nginx.sh chmod +x /etc/keepalived/check_nginx.sh
脚本内容：
#!/bin/bash nginx_status=`ps -C nginx --no-header | wc -l` if [ $nginx_status -eq 0 ];then systemctl stop keepalived.service fi2、修改配置
在多台服务器中配置 keepalived 定时触发检测 nginx 的脚本模块
# 在 vrrp_instance 外上面定义
vrrp_script check_nginx {
# 调用脚本地址
script /etc/keepalived/check_nginx.sh
#检测间隔时间
interval 3
}
# 在 vrrp_instance 里调用
track_script {
# 上面定义的名称
check_nginx
}
3、模拟宕机实现服务切换
以上案例已经实现了当服务不可用时，VIP 自动切换到可用服务器。
- 将域名解析到 vip 上
- 用户访问域名
- 关闭主服务器的 nginx，master 的 keepalived自动关闭
- vip 漂移到备用服务器上
- 用户使用无影响
1、非抢占模式脑裂（裂脑）：vip 出现在了多台机器上。网络不通畅，禁用了数据包，主备服务器没法通讯，造成备服务器认为主服务器不可用，绑定VIP，主服务器VIP不会释放。
解决方案：
①双备或者多备模式 BACKUP 通过 priority 权重来区分谁的优先级更高
②单播(定向广播)的方式 (一些特定环境禁用了组播方式)
③时间不同步 服务器时间校时
①nopreempt
在主备服务器的配置文件，vrrp_instance段中
②设置state工作模式为BACKUP
两个 keepalived 节点都启动后，默认都是 BACKUP 状态，双方在发送组播信息后，会根据优先级来选举一个 MASTER 出来。由于两者都配置了 nopreempt，所以 MASTER 从故障中恢复后，不会抢占vip。这样会避免 VIP 切换可能造成的服务延迟。
2、单播模式一些特定环境下不允许发送组播，造成备服务器无法收到 vrrp 包，可能会造成脑裂现象。可以通过单播的方式解决。
单播示例配置：注意此语法在 keepalived1.2.11 版本以上支持
unicast_src_ip 192.168.1.21 ##（本地IP地址）
unicast_peer {
192.168.1.22 ##（对端IP地址）此地址一定不能忘记
}
主服务器server01配置
#在vrrp_instace段中加入
#本地IP
unicast_src_ip 192.168.17.102
unicast_peer {
#对象IP 发送vrrp包给备服务器
192.168.17.101
}
备服务器server02配置
#在vrrp_instace段中加入
#本地IP
unicast_src_ip 192.168.17.101
unicast_peer {
#对象IP 发送vrrp包给备服务器
192.168.17.102
}
tcpdump抓vrrp包的方式：
shell > tcpdump vrrp -n
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