linux: Keepalived工作原理以及简要安装
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高性能集群软件-Keepalived
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keepalived 介绍
keepalived 是 Linux下一个轻量级的高可用解决方案
keepalived 主要通过虚拟路由冗余（VRRP）来实现高可用功能
优点：部署及使用简单，只需一个配置文件即可完成
功能：1. 服务器状态检测和故障隔离功能 2. HA(High Available)cluster
keepalived 发展
keepalived起初是为LVS（Linux Virtual System）设计，专门监控集群系统中各个服务节点的状态
根据TCP/IP参考模型 第三、第四、第五层交换机制检测每个服务节点的状态
e.g: keepalived检测WEB服务器的状态
如果一台WEB服务器死机/工作出现故障，keepalived检测到此状况后会将故障服务器从系统中剔除,
直至该服务器工作正常后keepalived自动将该服务器加入到服务器群中.
以上工作keepalived自动完成，无需人工干涉，人工干预仅是修复出现故障的服务节点
keepalived 后续加入了VRRP功能
VRRP（Virtaul Router Redunadancy Protocol，虚拟路由器冗余协议）
目的：解决静态路由出现的单点故障问题，实现网络不间断稳定运行
VRRP 协议与工作原理
引入VRRP概念
说明：图片来源百度百科；左侧图片为局域网组网；右侧图片为VRRP组网
局域网组网 e.g:
网络内的所有主机会设置一条默认网关（10.100.10.1），当主机发出的目的地址不在本网段（10.100.10.0/24）的报文,通过默认网关发往路由器A，从而实现主机与外部网络的通信
该组网缺点：当路由器A坏掉时，本网段内通过以RA为默认网关下一跳的主机将断掉与外界的通信，产生单点故障
VRRP组网 e.g:
RA：Master 活动路由器 10.100.10.2
RB：Backup 备份路由器 10.100.10.3
VRIP : 虚拟路由器IP 10.100.10.1
VRRP将局域网中的一组路由器【 RA和RB】组成一个虚拟路由器------>>>备份组
虚拟路由器拥有自己的IP地址 10.100.10.1
局域网内的主机仅知道虚拟路由器IP地址为10.100.10.1，不知道具体的Master与Backup路由器IP
局域网内的主机将默认网关下一跳的地址设置为该虚拟路由器IP地址，通过该地址与其他网络进行通信
该组网优点：当备份组内的Master路由器DOWN掉，会进行选举策略选出一个新的Master路由器，继续往网络内的主机提供路由服务，从而实现网络内的主机不间断地与外部网络进行通信
VRRP 协议
VRRP：解决局域网中配置静态网关出现单点失效的路由协议
设计目标：网络发生故障时透明地进行设备切换而不影响主机间的数据通信
VRRP 工作原理
VRRP协议将两台或多台路由器设备虚拟成一个虚拟路由器，对外提供虚拟路由器IP(一个或多个)
而在路由器组内部，如果实际拥有这个对外IP的路由器如果工作正常的话就是MASTER， 或者是通 过算法选举产生
MASTER实现针对虚拟路由器IP的各种网络功能，如ARP请求，ICMP，以及数据的转发等
其他设备不拥有该IP，状态是BACKUP，除了接收MASTER的VRRP状态通告信息外，不执行对外 的网络功能
当主机失效时，BACKUP将接管原先MASTER的网络功能
如何判定多个路由器在同一组虚拟路由器中？
VRID：每个虚拟路由器都有一个唯一标识（VRID是一个0～255的正整数）
配置VRRP协议时需要配置每个路由器的虚拟路由器ID(VRID)和优先权值
使用VRID将路由器进行分组，具有相同VRID值的路由器为同一个组
BACKUP 为什么没有发生抢占？
VRRP通告:它使用IP多播数据包进行封装，组地址为224.0.0.18，发布范围只限于同一局域网内
在一个虚拟路由器中，只有处于MASTER角色的路由器会一直发送VRRP通告信息
处于BACKUP状态的路由器只接收MASTER发过来的报文信息，用来监控MASTER运行状态， 除非它的优先级比MASTER更高
什么时候发生选举？
当MASTER不可用时，BACKUP无法收到MASTER发过来的报文信息
认定MASTER出现故障，然后多台BACKUP就开始进行选举
Master选举
虚拟路由器IP=路由器本身配置IP
该路由器始终将是MASTER；IP地址所有者自动具有最高优先级：255
优先级选举主控路由器（优先级范围是0—255）
优先级0一般用在IP地址所有者主动放弃主控者角色时使用。可配置的优先级范围为1—254
优先级相等，则比较路由器的实际IP，IP值较大的优先权高
VRRP 应用实例
+-----------+ +-----------+
| Rtr1 | | Rtr2 |
|(MR VRID=1)| |(BR VRID=1)|
|(BR VRID=2)| |(MR VRID=2)|
VRID=1 +-----------+ +-----------+ VRID=2
IP A ---------->* *<---------- IP B
| |
| |
------------------+------------+-----+--------+--------+--------+--
^ ^ ^ ^
| | | |
(IP A) (IP A) (IP B) (IP B)
| | | |
+--+--+ +--+--+ +--+--+ +--+--+
| H1 | | H2 | | H3 | | H4 |
+-----+ +-----+ +--+--+ +--+--+
Legend:
---+---+---+-- = Ethernet, Token Ring, or FDDI
H = Host computer
MR = Master Router
BR = Backup Router
* = IP Address
(IP) = default router for hosts
+ VRID 1 | Rtr1（Master） | Rtr2（Backup） + 正常情况下 H1与H2走R1;反之 走R2
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------
+ VRID 2 | Rtr1（Backup） | Rtr2 （Master） + 正常情况下 H3与H4走R2;反之 走R1
------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Keepalived 工作原理
根据TCP/IP参考模型各层所能实现的功能，Keepalived运行机制如下：
网络层
协议：
IP（Internet Protocol网际协议）
ARP（Address Resolution Protoco 地址转换协议）
RARP（Reverse Address Resolution Protocol 反向地址转换协议 ）
ICMP（Internet Control Message Protocol 网络控制报文协议）
常用：
通过ICMP协议向服务器集群中的每个节点发送一个ICMP的数据包（类似ping实现）
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将报告该节点失效，并从服务器集群中剔除故障节点
传输层
协议：
TCP （传输控制协议）（三次握手、安全可靠）
UDP （用户数据协议）
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TCP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
获取TCP服务，需要在发送机的一个端口上和接收机上一个端口上建立连接
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常用：利用TCP协议的端口连接和扫描技术来判断集群节点是否正常
e.g: SSH服务默认22端口，WEB服务器80端口····Keepalived在传输层探测某端口没有响应数据
判定端口异常，强制将此端口对应的节点从服务器及群组中移除
应用层
协议：
FTP、TELNET、SMTP、DNS ····
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用户可以通过自定义Keepalived的工作方式
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e.g：用户编辑程序运行Keepalived，而Keepalived 根据用户设定检测各种程序或服务是否允许正常
keepalived 结构体系
keepalived 安装
实验需求：
*安装keepalived（仅安装）
实验实现：
*服务器：CentOS 6.5-minimal
*软 件：Keepalived ( V_1.2.19 )
安装过程：
>>>下载安装包并解压，查看相关参数
[root@lucia tmp]# wget http://www.keepalived.org/software/keepalived-1.2.19.tar.gz # 下载Keepalived安装包
[root@lucia tmp]# tar -zxf keepalived-1.2.19.tar.gz #解压安装包
[root@lucia tmp]# cd keepalived-1.2.19
[root@lucia keepalived-1.2.19]# ./configure --help #查看confiure编译参数
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# 指定安装在/etc/ {--sysconfdir=/etc}
# 指定使用内核源码中的头文件 {--with-kernel-dir}
# 注：使用LVS时，需要用到"--with-kernel-dir"
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>>>编译安装
[root@lucia keepalived-1.2.19]# [ -z /usr/src/kernels/ ] && yum -y install kernel-headers kernel-devel || echo "The kernel file already exists"
The kernel file already exists
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# 判断kernels目录是否存在文件
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[root@lucia keepalived-1.2.19]# ./configure --sysconfdir=/etc/ --with-kernel-dir=/usr/src/kernels/2.6.32-573.12.1.el6.x86_64
#============================================================================
# ./configure 对即将安装的软件进行配置，检查当前的环境是否满足要安装软件的依赖关系
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configure: error: in `/tmp/keepalived-1.2.19':
configure: error: no acceptable C compiler found in $PATH
See `config.log' for more details
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# 报错：gcc编译器没有安装
# [root@lucia keepalived-1.2.19]# yum -y install gcc
#=============================================================================
继续返回上一步预安装./configure
[root@lucia keepalived-1.2.19]# ./configure --sysconfdir=/etc/ --with-kernel-dir=/usr/src/kernels/2.6.32-573.12.1.el6.x86_64
configure: error:
!!! OpenSSL is not properly installed on your system. !!!
!!! Can not include OpenSSL headers files. !!!
#=========================================================================
# 报错：OpenSSL 没有安装
# [root@lucia keepalived-1.2.19]# yum -y install openssl*
#=========================================================================
./configure 成功后，显示是Keepalived 输出的加载模块信息
Keepalived configuration
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Keepalived version : 1.2.19
Compiler : gcc
Compiler flags : -g -O2
Extra Lib : -lssl -lcrypto -lcrypt
Use IPVS Framework : Yes
IPVS sync daemon support : Yes
IPVS use libnl : No
fwmark socket support : Yes
Use VRRP Framework : Yes
Use VRRP VMAC : Yes
SNMP support : No
SHA1 support : No
Use Debug flags : No
[root@lucia keepalived-1.2.19]# make && make install #编译&&安装
[root@lucia keepalived-1.2.19]# ln -s /usr/local/sbin/keepalived /sbin/ #软链接到系统使用的管理程序目录中
[root@lucia keepalived-1.2.19]# chkconfig --add keepalived #添加到系统服务
[root@lucia keepalived-1.2.19]# chkconfig --level 35 keepalived on #添加到开机启动
❉ Keepalived 配置详解
[root@lucia keepalived-1.2.19]# cd /etc/keepalived/
[root@lucia keepalived-1.2.19]# ls
keepalived.conf samples
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# Keepalived 配置文件路径为/etc/keepalived/keepalived.conf
# samples 目录下存放着keepalived配置的示例
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# keepalived.conf 配置
#------------------------------------------------------------
# 1、Keepalived 配置文件以block形式组织，每个块内容都包含在{}
# 2、“#” “!” 开头行为注释
# 3、keepalived 配置为三类：
# 全局配置:对整个keepalived都生效的配置
# VRRPD 配置:核心配置，主要实现keepalived高可用功能
# LVS配置
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! Configuration File for keepalived
########################
# 全局配置
########################
global_defs { # global_defs 全局配置标识
------------------------------------------
notification_email { # notification_email用于设置报警邮件地址
acassen@firewall.loc # 可以设置多个，每行一个
failover@firewall.loc # 设置邮件报警，需开启本机Sendmail 服务
sysadmin@firewall.loc # yum -y install mailx sendmail
} ----------------------------------------------
notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc # 设置邮件发送地址
smtp_server 192.168.200.1 # 设置邮件的smtp server地址
smtp_connect_timeout 30 # 设置连接smtp sever超时时间
router_id LVS_DEVEL # 表示运行keepalived服务器标识，发邮件时显示在邮件主题中的信息
}
######################
# VRRPD配置
######################
vrrp_instance VI_1 { # VRRPD 配置标识 VI_1是实例名称
state MASTER # 指定Keepalvied角色 MASTER表示此主机为主服务器 BACKUP则是表示为备用服务器
interface eth0 # 指定 HA 监测网络的接口
virtual_router_id 51 # 虚拟路由标识，标识为数字，同一个VRRP实例使用唯一的标识，即可表示在同一个vrrp_instance下 MASTER_ID = BACKUP_ID
priority 100 # 定义节点优先级，数字越大表示节点的优先级越高，同一个VRRP_instance下，MASTE_PRIORITY > BACKUP_PRIORITY
advert_int 1 # 设定MASTER与BACKUP主机质检同步检查的时间间隔，单位为秒
authentication { # 设定节点间通信验证类型和密码，验证类型主要有PASS和AH两种
auth_type PASS # 同一个vrrp_instance，MASTER验证密码和BACKUP保持一致
auth_pass 1111
}
virtual_ipaddress { # 设置虚拟IP地址 (VIP),又叫做漂移IP地址
192.168.200.16
192.168.200.17
192.168.200.18
}
#-------------------------------------------------------------------------------
# 问：为什么叫漂移IP地址？
# 答：当Keepalived切换到MASTER状态时，IP地址会自动添加到系统中
# 当Keepalvied切换到BACKUP状态时，IP地址将自动从系统中删除
#
# keepalived通过“ip address add”命令的形式将VIP添加到系统
# 通过“ip add”查看系统中添加的VIP地址
#--------------------------------------------------------------------------------
}
######################
# LVS配置
######################
virtual_server 192.168.200.100 443 { # virtual_server LVS配置标识
# 格式：virtual_server VIP port [IP 和 port 之间空格隔开]
delay_loop 6 # 设置健康检查时间间隔，单位为秒
lb_algo rr # 设置负载调度算法，可用的调度算法有：rr、wlc、lc、lblc、sh、dh等
lb_kind NAT # 设置LVS实现负载均衡的机制，有NAT、TUN和DR三种模式可选
nat_mask 255.255.255.0 # NAT子网掩码
persistence_timeout 50 # 会话保持时间
protocol TCP # 指定转发协议类型
#----------------------------------------------------------------------------------------------------
# persistence_timeout 会话保持时间对动态网页非常有用，为集群系统中的seesion共享提供了一个很好的解决方案
# 用户的请求会一直分发到某个服务节点，直至超过这个会话的保持时间（指最大无响应超时时间）
# =[用户操作动态页面如果在50s没有执行任何操作则被分发到另外的节点]
#----------------------------------------------------------------------------------------------------
real_server 192.168.201.100 443 { # 设置real server段开始的标识 [ IP为真实IP地址]
# 格式：real_server realIP port [IP 和 port 之间空格隔开]
-----------------------------------------------------------------
weight 1 # 用于配置real server节点的权值，权值大小用数字表示，数字越大，权值越高
# 设置权值大小可以为不同性能的服务器分配不同的负载
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SSL_GET { # 健康检查 SSL_GET
url { # 指定SSL检查的URL信息，可以指定多个
path /index.html # 后跟详细的URL路径
digest ff20ad2481f97b1754ef3e12ecd3a9cc # SSL检查后的摘要信息，可以通过genhash命令工具获取
#-----------------------------------------------------------------
# [root@lucia keepalived]# genhash -s 192.168.201.100 -p 80 -u /index.html
#-----------------------------------------------------------------
}
url {
path /mrtg/
digest 9b3a0c85a887a256d6939da88aabd8cd
}
connect_timeout 3 # 表示无响应超时时间，单位为秒
nb_get_retry 3 # 表示重试次数
delay_before_retry 3 # 表示充实间隔
}
}
}
virtual_server 10.10.10.2 1358 {
delay_loop 6
lb_algo rr
lb_kind NAT
persistence_timeout 50
protocol TCP
sorry_server 192.168.200.200 1358 # 备份节点，在所有real serer失效后，启用备份节点
}
