Keepalived 高可用（附带配置实例，联动Nginx和LVS)
一、Keepalived相关知识点概述
1.1 单服务的风险（单点故障问题）
企业应用中，单台服务器承担应用存在单点故障的危险；
单点故障一旦发生，企业服务将发生中断，造成极大的危害和损失。
1.2 一个合格的集群应该具备的特性
1）负载均衡 ：LVS ;NGINX;HAProxy;F5
2）健康检查 : for 调度器/节点服务器；Keepalived ；Heartbeat
3）故障转移 : 主备切换工具
1.3 VRRP虚拟路由冗余协议
虚拟路由冗余协议(Virtual Router Redundancy Protocol，简称VRRP)是一种路由容错协议，也可以叫做备份路由协议。
VRRP可以将两台或者多台物理路由器设备虚拟成一个虚拟路由，这个虚拟路由器通过虚拟IP对外提供服务，而在虚拟路由器内部有多个物理路由器协同工作，同一时间只有一台物理路由器对外提供服务，这台物理路由设备被设置成为：主路由器（Master角色)，一般情况下Master是由选举算法产生，它拥有对外服务的虚拟IP，提供各种网络功能，而且其它的物理路由器不拥有对外的虚拟IP，也不提供对外网络功能，仅仅接收MASTER的VRRP状态通告信息，这些路由器被统称为“BACKUP的角色”，当主路由器失败时，处于BACKUP角色的备份路由器将重新进行选举，产生一个新的主路由器进入MASTER角色，继续提供对外服务，这种选举角色切换非常之快，因而保证了服务的持续可用性。
1.4 健康检查
健康检查，别名探针
1）发送心跳消息 ping/pang
2）TCP端口检查 向一个主机的IP:PORT 发起TCP连接
3） HTTP URL 检查 向一个主机的 http://IP:PORT/URL路径 发送HTTP GET请求方法，主机响应返回2XX 3XX状态码则认为健康检查正常，如响应返回4XX
5XX状态码则认为健康检查异常
| 检查服务器 | 作用 |
|---|---|
| 节点服务器 | 如果发现有故障的节点就会将其隔离或者剔除集群，待其恢复后再重新加入到集群当中 |
| 负载均衡器 | 会定时检查主服务器的状态（包括主机和服务的状态），如果主服务器故障就自动切换到备服务器上，待主服务器恢复后再重新让主服务器去承载业务请求 |
1.5 ”脑裂“现象
定义
主备服务器同时拥有VIP
原因
主备服务器之间的通信链路中断，导致备服务器无法正常收到主服务器发送的VRRP心跳报文；
解决方法
关闭主服务器或者备服务器其中一个的keepalived服务。
如何预防
1）主服务器与备服务器之间添加双通信链路；
2）在主服务器上定义运行脚本判断与备服务器通信链路是否中断，如果中断则自行关闭keepalived服务；
3）利用第三方监控软件检测是否发生脑裂故障，如果发生则通过监控软件关闭主或者备服务器上的keepalived服务。
二、Keepalived
官方网站：http://www.keepalived.org/
2.1 Keepalived是什么？
Keepalived是Linux下一个轻量级别的高可用解决方案，可以实现服务的高可用或热备，用来防止单点故障的问题。
Keepalived起初是为LVS设计的，专门用来监控集群系统中各个服务节点的状态，它根据TCP/IP参考模型的第三、第四层、第五层交换机制检测每个服务节点的状态，如果某个服务器节点出现异常，或者工作出现故障，Keepalived将检测到，并将出现的故障的服务器节点从集群系统中剔除，这些工作全部是自动完成的，不需要人工干涉。
Keepalived的核心是VRRP协议，支持故障自动切换（Failover）， 支持节点健康状态检查(Health Checking）。
当master主机出现故障时，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。
2.2 Keepalived体系主要模块及其作用
| Keepalived的主要模块 | 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 | 是来实现VRRP协议的 |
| check模块 | 负责健康检查，常见的方式有端口检查及URL检查 |
2.3 Keepalived工作原理
两台主备机器通过keepalived，虚拟一个IP，也就是VIP(Virtual IP)。
VIP开始为主机器所有，备份机为空闲状态，同时在两台keepalived之间通信相当于有一条心跳线，通过心跳线互相通信，只要主机器监控（通过脚本）到ngin服务停止，则主机器自己停止keepalived，将VIP交给备份机器处理web请求，直至主机器再次恢复正常，将VIP返还给主机器。
2.4 keepalived如何实现故障切换？
在一个LVS服务集群中通常有主服务器（MASTER）和备份服务器（BACKUP）两种角色的服务器，但是对外表现为一个虚拟IP（VIP）。
主服务器会发送VRRP通告信息给备份服务器，当备份服务器收不到VRRP消息的时候，即主服务器异常的
时候，备份服务器就会接管虚拟IP，继续提供服务，从而保证了高可用性。
2.5 抢占模式和非抢占模式的区别？
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。
2.6 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。
三、实例一：LVS高可用
| 名称 | IP地址 |
|---|---|
| LVS-Master | 192.168.2.100 |
| LVS-Backup | 192.168.2.102 |
| Web-A | 192.168.2.103 |
| Web-B | 192.168.2.104 |
| VIP | 192.168.2.188 |
| Client | 192.168.2.200 |
┌──────────────┐
│ Client │
│192.168.2.200 │
└──────┬───────┘
│VIP:192.168.2.188
┌────────┴────────┐
┌──────┴───────┐ ┌───────┴──────┐
│ Master │ │ Backup │
│192.168.2.100 │ │192.168.2.102 │
└──────┬───────┘ └───────┬──────┘
└────────┬────────┘
┌────────────────┼────────────────┐
┌──────┴───────┐ ┌──────┴───────┐
│ Web1 │ │ Web2 │
│192.168.2.103 │ │192.168.2.104 │
└──────────────┘ └──────────────┘
1）Keepalived构建高可用集群
前置准备
#关闭防火墙
systemctl disable firewalld.service --now
setenforce 0
#安装keepalived
yum -y install ipvsadm keepalived
#加载ip_vs内核模块
modprobe ip_vs
cat /proc/net/ip_vs
修改配置文件，主服务器
cd /etc/keepalived/
#备份配置文件
cp keepalived.conf keepalived.conf.bak
#编辑配置文件
vim keepalived.conf
......
global_defs { #定义全局参数
--10行--修改，邮件服务指向本地
smtp_server 127.0.0.1
--12行--修改，指定服务器（路由器）的名称，主备服务器名称须不同，主为LVS_01，备为LVS_02
router_id LVS_01
--14行--注释掉，取消严格遵守VRRP协议功能，否则VIP无法被连接
#vrrp_strict
}
vrrp_instance VI_1 { #定义VRRP热备实例参数
--20行--修改，指定热备状态，主为MASTER，备为BACKUP
state MASTER
--21行--修改，指定承载vip地址的物理接口
interface ens33
--22行--修改，指定虚拟路由器的ID号，每个热备组保持一致
virtual_router_id 10
#nopreempt #如果设置非抢占模式，两个节点state必须为BACKUP，并加上配置 nopreempt
--23行--修改，指定优先级，数值越大优先级越高，这里设置主为100，备为90
priority 100
advert_int 1 #通告间隔秒数(心跳频率)
authentication { #定义认证信息,每个热备组保持一致
auth_type PASS #认证类型
--27行--修改，指定验证密码，主备服务器保持一致
auth_pass abc123
}
virtual_ipaddress { #指定群集vip地址
192.168.2.188
}
}
--36行--修改，指定虚拟服务器地址(VIP)、端口，定义虚拟服务器和Web服务器池参数
virtual_server 192.168.2.188 80 {
delay_loop 6 #健康检查的间隔时间(秒)
lb_algo rr #指定调度算法，轮询(rr)
--39行--修改，指定群集工作模式，直接路由(DR)
lb_kind DR
persistence_timeout 0 #连接保持时间(秒)
protocol TCP #应用服务采用的是 TCP协议
--43行--修改，指定第一个Web节点的地址、端口
real_server 192.168.2.103 80 {
weight 1 #节点的权重
--45行--删除，添加以下健康检查方式
TCP_CHECK {
connect_port 80 #添加检查的目标端口
connect_timeout 3 #添加连接超时(秒)
nb_get_retry 3 #添加重试次数
delay_before_retry 3 #添加重试间隔
}
}
real_server 192.168.2.104 80 { #添加第二个 Web节点的地址、端口
weight 1
TCP_CHECK {
connect_port 80
connect_timeout 3
nb_get_retry 3
delay_before_retry 3
}
}
##删除后面多余的配置##
}
修改配置文件，备服务器，和主服务器大致相同
systemctl start keepalived
ip a #查看虚拟网卡vip
2）LVS – DR模式构建负载均衡集群
启动 ipvsadm 服务
#主DR 192.168.2.100
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
systemctl start ipvsadm
ipvsadm -ln
#如没有VIP 的分发策略，则重启 keepalived 服务，systemctl restart keepalived
#备DR 192.168.2.102
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
systemctl start ipvsadm
ipvsadm -ln
3）配置节点服务器，准备测试页面
systemctl stop firewalld
setenforce 0
yum -y install httpd
systemctl start httpd
#建立测试页
--192.168.80.100---
echo 'this is kgc web!' > /var/www/html/index.html
--192.168.80.101---
echo 'this is benet web!' > /var/www/html/index.html
vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-lo:0
DEVICE=lo:0
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.80.188
NETMASK=255.255.255.255
service network restart
ifup lo:0
ifconfig lo:0
route add -host 192.168.80.188 dev lo:0 #将VIP和lo:0绑定
vim /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
sysctl -p
4）效果测试（负载均衡）
浏览器访问VIP地址
192.168.2.188
5）关闭主服务器的keepalived服务，测试高可用
systemctl stop keepalived
然后浏览器访问VIP地址
192.168.2.188
服务不受影响，高可用测试成功。
四、实例二：Nginx高可用
| 名称 | IP地址 |
|---|---|
| Nginx-Master | 192.168.2.100 |
| Nginx-Backup | 192.168.2.102 |
| Web-A | 192.168.2.103 |
| Web-B | 192.168.2.104 |
| VIP | 192.168.2.188 |
| Client | 192.168.2.200 |
1）编写nginx服务监控脚本
#!/bin/bash
counter=$(ps -C nginx --no-heading|wc -l)
if [ "${counter}" = "0" ]; then
/usr/local/bin/nginx
sleep 2
counter=$(ps -C nginx --no-heading|wc -l)
if [ "${counter}" = "0" ]; then
/etc/init.d/keepalived stop
fi
fi
#检查当前系统中是否有正在运行的nginx进程。
#如果没有正在运行的nginx进程，尝试启动nginx服务，并等待2秒后再次检查nginx进程。
#如果仍然没有nginx进程，则停止keepalived服务。
2）主备Keepalived配置
主服务器
global_defs {
router_id Nginx_01
}
vrrp_script check_nginx {
script "/etc/keepalived/check_nginx.sh"
interval 2
weight -5
fall 3
rise 2
}
vrrp_instance VI_1 {
state MASTER
interface ens33
virtual_router_id 51
priority 150
advert_int 1
authentication {
auth_type PASS
auth_pass 1111
}
virtual_ipaddress {
192.168.2.188
}
track_script {
check_nginx
}
}
备服务器
global_defs {
router_id Nginx_02
}
vrrp_script check_nginx {
script "/etc/keepalived/check_nginx.sh"
interval 2
weight -5
fall 3
rise 2
}
vrrp_instance VI_1 {
state BACKUP
interface ens33
virtual_router_id 51
priority 100
advert_int 1
authentication {
auth_type PASS
auth_pass 1111
}
virtual_ipaddress {
192.168.2.188
}
track_script {
check_nginx
}
}
3）Nginx负载均衡配置
#主备nginx都要配置四层反向代理
#以主为例
vim /apps/nginx/conf/nginx.conf
stream{
upstream phpserver1 {
server 172.16.2.20:9091;
server 172.16.2.21:9092;
}
server {
listen 80;
proxy_pass http://phpserver1;
}
}
4）负载均衡测试
客户端访问VIP地址
curl 192.168.2.188
执行多次，观察结果
5）高可用测试
关闭主服务器的nginx服务
systemctl stop nginx
curl 192.168.2.188
#测试负载均衡
