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高可用中间件之Keepalived的原理介绍与部署实践

善解人意的娇娇 2023-05-25 阅读 113
中间件keepalived运维yyds干货盘点
加载失败

(文章目录)

前言

Keepalived是一个用c语言编写的路由软件。这个实验的主要目标是为Linux系统和基于Linux的基础设施提供简单而健壮的负载平衡和高可用性工具。

keepalive实现了一组检查器，可以根据服务器的运行状况动态地、自适应地维护和管理负载平衡的服务器池。另一方面，通过VRRP协议实现高可用性。

VRRP协议（选举协议）

​ ——虚拟路由器冗余协议

两种角色：master、backup

  • master承担实际的数据流量转发任务
  • backup路由器监听Master路由器状态，并在其发生故障时顶替

而选举master的方法就是——VRRP协议

工作在网络层

安装了keepalived软件就可以运行vrrp协议，就可以选举出master

vrrp工作原理

选举的过程：

  1. 所有的路由器或者服务器发送vrrp宣告报文，进行选举，必须是相同vrid和认证密码的，优先级高的服务器或者路由器会被选举为master，其他的机器都是backup
  2. master定时（Advertisement Interval）发送VRRP通告报文，以便向Backup路由器告 知自己的存活情况。 默认是间隔1秒
  3. 接收Master设备发送的VRRP通告报文，判断Master设备的状态是否正常。 如果超过1秒没有收到vrrp报文，就认为master挂了，开始重新选举新的master，vip会漂移到新的master上

vip(虚拟ip)

真正对外提供服务的IP地址，用户真正访问的ip，谁是master谁的ip就是vip

vrrp通告

所有开启了vrrp服务的服务器向外通信时的目的ip都使用224.0.0.18这个ip地址，这是个组播地址，只有使用vrrp的服务器可以识别该信息，而不使用vrrp协议的服务器不会理会这个信息

vrrp头部格式

vrrp头部格式

Keepalived工作原理

三个进程

启动keepalived后会出现三个进程

[root@lb1 keepalived]# ps aux|grep keep
root      10815  0.0  0.0 118712  1380 ?        Ss   16:59   0:00 /usr/sbin/keepalived -D
root      10816  0.0  0.0 122912  2420 ?        S    16:59   0:00 /usr/sbin/keepalived -D
root      10817  0.0  0.0 122912  2428 ?        S    16:59   0:00 /usr/sbin/keepalived -D
root      10827  0.0  0.0 112828   988 pts/0    S+   17:00   0:00 grep --color=auto keep

一个是父进程，负责内存管理和监控其子进程，一个是vrrp子进程，另外一个是healthcheckers子进程 两个子进程都被系统watchdog看管，两个子进程各自负责复杂自己的事。

healthcheck子进程检查各自服务器的健康状况，例如http、lvs。如果master上的healthcheck进程检查到服务不可用了，就会通知本机上的VRRP子进程,让他删除通告，并且去掉vip，转换为BACKUP状态

Keepalived组件

keepalived是模块化设计，不同模块负责不同的功能。

  • core：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，以及对应的配置文件的解析；
  • Vrrp：VRRPD子进程，用来实现VRRP协议；
  • libipfwc：iptables(ipchains)库，配置LVS；
  • libipvs：配置LVS:

ip漂移

当master挂掉时，vip会自动转移到某个backup上（通过比较优先级）

但每当有机器加入到VRRP实例时（包括挂掉的机器恢复），都会重新选举，优先级最高的机器当选master

配置文件中的vrrp_strict参数

keepalived的配置文件中的vrrp_strict参数用于控制是否启用严格模式的VRRP协议。

默认情况下该参数的值为off。这意味着在VRRP协议中，备用节点可以在没有收到来自主节点的VRRP广告时成为主节点。

如果将vrrp_strict设置为on，则备用节点必须在规定的时间内接收到来自主节点的VRRP广告才能成为主节点。

在off情况下可能导致网络故障和数据丢失，或许是因为转换比较突然吧。因此，建议将vrrp_strict设置为on以确保VRRP协议的可靠性。

vrrp_strict参数后面可以添加以下参数：

  1. on – 表示启用vrrp_strict模式。
  2. off – 表示禁用vrrp_strict模式。
  3. backup – 表示只有备用节点才能成为主节点。
  4. master – 表示只有主节点才能成为主节点。
  5. equal – 表示备用节点和主节点都可以成为主节点。
  6. lower-priority – 表示优先级低的节点不能成为主节点。

什么是脑裂

多台机器出现同一个vip

为什么会出现脑裂？

​ 1.vrid（虚拟路由id）不一样 ​ 2.网络通信有问题：如防火墙阻止了网络之间的选举的过程，vrrp报文的通信 ​ 3.认证密码不一样也会出现脑裂

脑裂有没有危害？如果有危害对业务有什么影响？

  • 没有危害，能正常访问，反而有点负载均衡的作用，主要看路由器发出arp广播时谁先响应，先响应的服务器的mac地址存入arp缓存表，但过几分钟左右缓存过期后路由器又会重发所以有一定的的随机性。

  • 脑裂恢复的时候，还是有影响的，会有短暂的中断，多少影响一点业务的

Keepalived架构

​ 单vip 架构： 只有master上有vip，backup上没有vip，这个时候master会比较忙，backup机器会比较闲，设备使用率比较低 ​ 双vip 架构： 启动2个vrrp实例，每台机器上都启用2个vrrp实例，一个做master，一个做backup，启用2个vip，每台机器上都会有一个vip，这2个vip都对外提供服务，这样就可以避免单vip的情况下，一个很忙一个很闲。 可以提升设备的使用率

搭建步骤

现在我会在两台服务器上（LB1、LB2）依次搭建单vip架构和双vip架构

单vip

安装

在lb服务器上安装keepalived软件

yum install keepalived -y

配置

修改/etc/keepalived/keepalived.conf文件

保留如下部分即可：

[root@lb1 keepalived]# vim keepalived.conf 
! Configuration File for keepalived

global_defs {
	……全部保留……
}

vrrp_instance VI_1 {           # 定义一个vrrp协议的实例，名字叫VI_1
    state MASTER				# 做master
    interface eth0       	# 指定监听网络的接口，其实就是vip绑定到那个网络接口上
    virtual_router_id 51	# 虚拟路由器id --》相当于帮派，51是帮派的编号，位于0~255之间
    priority 100			# 优先级，0~255，越高越容易当选
    advert_int 1			# 宣告的时间间隔，1s		--interval 间隔
    authentication {		# 认证
        auth_type PASS		# 采用密码认证
        auth_pass 1111		# 具体密码
    }
    virtual_ipaddress {		# vip，虚拟ip，
        192.168.200.16
        192.168.200.17
        192.168.200.18
    }
    
}

以上是默认文件，下面是我的配置：

LB1：

global_defs {
	……
   #vrrp_strict		# 注释这一行
	……
}
vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER			# 更想让LB1当master
    interface ens33			# 网卡为ens33
    virtual_router_id 51	# id默认51就行
    priority 120			# 优先级调高一点，更容易当选
    advert_int 1			# 默认1s，不改
    authentication {		# 默认就行
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {		# vip保留一个就行，先确保这个ip没机器在用
        192.168.10.188
    }
}

LB2：

global_defs {
	……
   #vrrp_strict		# 注释这一行
	……
}
vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP			# 希望LB2当backup
    interface ens33
    virtual_router_id 51	# 和LB1保持一致
    priority 100			# 优先级比LB1低一点，更容易当backup
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {		# 同样只保留一个，与LB1一致
        192.168.10.188
    }   
}

启动服务查看进程和ip

[root@lb1 keepalived]# service keepalived start
Redirecting to /bin/systemctl start keepalived.service
[root@lb1 keepalived]# ps aux|grep keep
root      10815  0.0  0.0 118712  1380 ?        Ss   16:59   0:00 /usr/sbin/keepalived -D
root      10816  0.0  0.0 122912  2420 ?        S    16:59   0:00 /usr/sbin/keepalived -D
root      10817  0.0  0.0 122912  2428 ?        S    16:59   0:00 /usr/sbin/keepalived -D
root      10827  0.0  0.0 112828   988 pts/0    S+   17:00   0:00 grep --color=auto keep

分别查看LB1和LB2的ip

[root@lb1 keepalived]# ip ad
……
2: ens33: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:f1:73:a1 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.10.129/24 brd 192.168.10.255 scope global noprefixroute dynamic ens33
       valid_lft 1643sec preferred_lft 1643sec
    inet 192.168.10.188/32 scope global ens33		# LB1多了一个vip，说明以当选为master
       valid_lft forever preferred_lft forever
[root@lb2 conf]# ip ad		# LB2还是原来的ip，所以为backup
……
2: ens33: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:6b:8d:65 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.10.143/24 brd 192.168.10.255 scope global noprefixroute dynamic ens33
       valid_lft 1217sec preferred_lft 1217sec

双vip

在配置文件中添加一个实例

[root@lb1 keepalived]# vim keepalived.conf 
vrrp_instance VI_2 {		# 添加实例2
    state BACKUP			# LB1在实例2中作为backup
    interface ens33
    virtual_router_id 52	# 虚拟路由器id需与上一个实例不一致
    priority 100			# 优先级调低
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.10.199		 # vip也需与上一个实例不一致
    }
}

[root@lb2 keepalived]# vim keepalived.conf 
vrrp_instance VI_2 {		# LB2同样添加实例2
    state MASTER			# LB2在实例2中作为master
    interface ens33
    virtual_router_id 52	# 与LB1保持一致
    priority 120			# 优先级比LB1高
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.10.199		# 与LB1保持一致
    }
}

此时重启服务后LB1增加实例1中的vip，LB2增加实例2中的vip，并互为主备。

健康检测-监控脚本

例：监控nginx进程是否正常运行，没运行的话优先级减30

如何知道nginx正在运行？

  1. pidof nginx ——返回nginx的pid号，通过$?判断是否正常运行
  2. killall -0 nginx —— -0表示检查进程是否运行，正常运行$?为0，否则为1
  3. netstat -anplut |grep nginx ——正常运行$?为0，否则为1
  4. ss -anplut|grep nginx ——正常运行$?为0，否则为1
  5. lsof -i:80 ——不推荐，查看目的端口或者源端口为80的进程，所以不一定是nginx

编写监控脚本

[root@lb1 nginx_sh]# vim check_nginx.sh
#!/bin/bash

if /usr/sbin/pidof nginx &>/dev/null ;then
	exit 0
else
	exit 1
fi

定义并使用脚本

[root@lb1 keepalived]# vim keepalived.conf 
……
# 定义监控脚本
vrrp_script chk_nginx {	# 脚本名自定义，“{”前面必须有空格
        script /mybin/nginx_sh/check_nginx.sh		# 存放监控脚本路径，当脚本执行返回值为1时优先级才-30
        interval 1		# 执行脚本间隔
        weight -30		# 优先级-30，这样LB1的优先级会低于LB2，成为backup
}
vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface ens33
    virtual_router_id 51
    priority 120
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.10.188
    }
    #调用监控脚本
    track_script {		# 在实例内调用脚本，“{”前面必须有空格
    chk_nginx			# 使用前面定义的脚本名
    }   
}

notify

当转换到某种状态时执行某些命令

notify_backup——当前节点成为backup时

notify_master——当前节点成为master时

notify_stop——当前节点服务停止时

notify_fault——当前节点出现故障

[root@lb1 keepalived]# vim keepalived.conf 
……
	#调用监控脚本
    track_script {
    chk_nginx
    }
notify_backup service keepalived stop		# 加这一条命令即可，也可以写脚本的绝对路径，echo内容是看不到的
notify_master /usr/local/hht99/sbin/nginx	# 成为master时启动nginx，这样nginx都不需要设置开机自启了
}
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