基于VIP的keepalived高可用架构简单介绍

2022-08-06  本文已影响0人  右耳菌

1. keepalived简介

  1. 配置文件简单:配置文件比较简单，可通过简单配置实现高可用功能
  2. 稳定性强: keepalived是一个类似于layer3/4/7交换机机制的软件，具备我们平时说的第3层、第4层和第7层交换机的功能，常用于前端负载均衡器的高可用服务，当主服务器出现故障时，可快速进行切换，监测机制灵活，成功率高。
  3. 成本低廉:开源软件，可直接下载配置使用,没有额外费用。
  4. 应用范围广:因为keepalived可应用在多个层面，所以它几乎可以对所有应用做高可用，包括LVS、数据库、http服务、nginx负载均衡等等
  5. 支持多种类型:支持主从模式、主主模式高可用，可根据业务场景灵活选择。

2. Keepalived 工作原理

  1. WatchDog 监控checkers和VRRP进程的状况;
  2. Checkers负责真实服务器的健康检查healthchecking;
  3. VRRP Stack负责负载均衡器之间的失败切换;
  4. IPVS wrapper 用来发送设定的规则到内核lPVS代码;
  5. Netlink Reflector用来设定vrrp 的vip地址等。

Keepalived是以VRRP协议为实现基础的，VRRP全称Virtual Router Redundancy Protocol，即虚拟路由冗余协议。

VRRP根据优先级来确定虚拟路由器中每台路由器的角色(Master路由器或Backup路由器)。VRRP优先级的取值范围为0到255(数值越大表明优先级越高)，可配置的范围是1到254，优先级0为系统保留给路由器放弃Master位置时候使用，255则是系统保留给IP地址拥有者使用。优先级越高，则越有可能成为Master路由器。当两台优先级相同的路由器同时竞争Master时，比较接口IP地址大小。接口地址大者当选为Master。

  1. 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。
  2. check模块:负责健康检查，包括常见的各种检查方式。
  3. vrrp模块:是来实现VRRP协议的。

3. Keepalived应用场景

在网络层、数据链路层，运行着4个重要的协议:

网络层场景

Keepalived在网络层采用的最常见的工作方式是通过ICMP协议向服务器集群中的那个节点发送一个ICMP数据包（类似于ping实现的功能)，如果某个节点没有返回响应数据包，那么认为此节点发生了故障，Keepalived将报告次节点失效，并从服务器集群中剔除故障节点。

在传输层，提供了两个主要的协议:传输控制协议TCP和用户数据协议UDP。传输控制协议TCP可以提供可靠的数据传输服务、IP地址和端口代表TCP的一个连接端。要获得TCP服务，需要在发送机的一个端口上和接收机的一个端口上建立连接。
Keepalived在传输层就是利用TCP协议的端口连接和扫描技术来判断集群点是否正常的。比如，对于常见的WEB服务默认的80端口、SSH服务默认的22端口等，,Keepalived一旦在传输层探测到这些端口没有响应数据返回，就认为这些端口发生异常，然后强制将此端口对应得节点从服务器集群组中移除。

在应用层，可运行FTP、TELNET、HTTP、DNS等各种不同类型的高层协议。
Keepalived在应用层的运行方式也更加全面化和复杂化，用户可以通过自定义Keepalived的工作方式;例如:用户可以通过编写程序来运行keepalived。而keepalived将根据用户的设定检测各种程序或服务是否运行正常，如果Keepalived的检测结果与用户设定不一致时，Keepalived将把对应的服务从服务器中移除。

4. 集群

  1. 集群是一组相互独立的、通过高速网络互联的计算机，它们构成了一个组，并以单一系统的模式加以管理。一个客户与集群相互作用时，集群像是一个独立的服务器。

  2. 通过集群技术，可以在付出较低成本的情况下获得在性能、可靠性、灵活性方面的相对较高的收益，其任务调度
    则是集群系统中的核心技术。

  3. 集群组成后，可以利用多个计算机和组合进行海量请求处理(负载均衡)，从而获得很高的处理效率，也可以用多个计算机做备份(高可用)，使得任何一个机器坏了整个系统还是能正常运行。集群在目前互联网公司是必备的技术，极大提高互联网业务的可用性和可缩放性。

5. 高可用

HA(High Available)，高可用性群集是通过系统的可靠性(reliability)和可维护性(maintainability)来度量的。

工程上，通常用平均无故障时间(MTTF)来度量系统的可靠性，用平均维修时间(MTTR)）来度量系统的可维护性。于是可用性被定义为:HA=MTTF(MTTF+MTTR)*100%(平均无故障时间/总时间，总时间=平均无故障时间+平均维修时间)宕机时间不超过6分钟

具体HA(可用性）衡量标准:

  1. 99%一年宕机时间不超过4天
  2. 99.9%一年宕机时间不超过10小时
  3. 99.99%一年宕机时间不超过1小时
  4. 99.999%一年宕机时间不超过6分钟

6. 高可用集群实现

  1. 主从方式（非对称方式）
  2. 双机双工方式（互备互援）
  3. 集群工作方式（多服务器互备方式）
  1. 网络高可用（带宽等等，解决并发等问题）
  2. 服务器高可用（CPU、内存、磁盘等等）
  3. 存储高可用（数据存储相关，如MySql, Redis等）
  4. 服务高可用等（缓存服务、Nginx服务、CDN服务等）

开源高可用解决方案: keepalived:通过实现vrrp协议来实现地址漂移

7. 高可用架构

  1. 在系统中，有一个Master节点和一个Backup节点，其中Master节点对线上业务提供服务，Backup与Master节点之间保持心跳
  2. 当Master节点因宕机服务不可用时，系统会切换到Backup节点上线，提供服务。

  3. 当宕机Master节点恢复后，系统将该Master作为Backup加入集群。


  1. 在系统中，有两个Master节点,均对线上业务提供服务，两个Master节点之间保持心跳。
  2. 当某一台Master节点因宕机服务不可用时，系统会将流量全部导向剩余的Master节点，继续提供服务。
  3. 当宕机的Master节点恢复后，系统将该Master加入集群，提供服务。

8. Keepalived 高可用集群的解决方案

Keepalived在一个节点上启动之后，会生成一个Master主进程，这个主进程又会生成两个子进程，分别是:

  1. VRRP Stack: 实现VRRP协议。
  2. Checkers: 检测ipvs后端realserver的健康状况检测。

VRRP双方节点都启动以后，要实现状态转换的，刚开始启动的时候，初始状态都是BACKUP，而后向其它节点发送通告，以及自己的优先级信息，谁的优先级高，就转换为MASTER，否则就还是BACKUP。

这时候服务就在状态为MASTER的节点上启动，为用户提供服务，如果，该节点挂掉了，则转换为BACKUP，优先级降低，另一个节点转换为MASTER，优先级上升，服务就在此节点启动，VIP，VMAC都会被转移到这个节点上，为用户提供服务。

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