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打造高可用集群的基石：深度解析Keepalived实践与优化

news 2025/7/3 10:22:19

高可用集群

集群类型

集群类型主要分为负载均衡集群（LB）、高可用集群（HA）和高性能计算集群（HPC）三大类。每种集群类型都有其特定的应用场景和优势。

1. 负载均衡集群（LB）

负载均衡集群主要用于提高系统的性能、响应效率和可靠性，通过将访问请求分散到多个服务器上，以减少单个服务器的负载压力，从而提高整体的处理能力和访问速度。在负载均衡集群中，LVS（Linux Virtual Server）和haproxy是两种常用的软件解决方案。

LVS（Linux Virtual Server）：
- LVS是一个开源的负载均衡器，它工作在OSI模型的第四层（传输层），通过IP负载均衡技术实现高效的请求分发。
- LVS支持多种工作模式，包括NAT（网络地址转换）、DR（直接路由）和TUN（IP隧道）等，每种模式都有其特定的应用场景和优缺点。
- LVS通过IPVS（IP Virtual Server）模块实现负载均衡，IPVS是LVS集群系统的核心软件，负责将客户端的请求转发到后端的真实服务器上。
haproxy：
- haproxy是一个高性能的TCP/HTTP反向代理服务器和负载均衡器，支持大量的并发连接和高可用性。
- haproxy提供了灵活的负载均衡算法，如轮询、最少连接数、源地址哈希等，可以根据实际需求进行配置。
- haproxy还支持SSL卸载、HTTP压缩、会话保持等高级功能，可以进一步提升系统的性能和安全性。

2. 高可用集群（HA）

高可用集群主要用于提高系统的可靠性和可用性，确保在部分服务器出现故障时，整个系统仍然能够持续提供服务。在高可用集群中，keepalived是一款常用的开源软件。

keepalived：
- keepalived通过虚拟路由冗余协议（VRRP）实现高可用性，它可以在主服务器出现故障时，自动将虚拟IP地址和服务切换到备份服务器上，从而确保服务的连续性。
- keepalived还提供了多种健康检查机制，如ICMP Ping、TCP端口检测和HTTP GET等，用于监测后端服务器的运行状态。
- keepalived的配置相对简单，易于管理和维护，是构建高可用集群的常用选择之一。

3. 高性能计算集群（HPC）

高性能计算集群主要用于处理大规模的计算任务，如科学计算、数据分析、工程仿真等。HPC集群通过将多个高性能计算机连接在一起，利用并行计算和分布式计算技术，提高整体的计算能力和处理速度。

HPC集群的特点：
- 高性能：HPC集群采用高性能的计算机和存储设备，能够提供卓越的计算能力和存储性能。
- 可扩展性：HPC集群可以根据实际需求进行扩展，增加更多的计算节点和存储设备，以满足更大规模的计算任务。
- 灵活性：HPC集群支持多种操作系统和应用程序，可以灵活配置和部署，以适应不同的计算需求。

实现高可用

提升系统高用性的解决方案：降低MTTR- Mean Time To Repair(平均故障时间)

解决方案：建立冗余机制

主备、主主

active/passive 主/备

active/active 双主

active --> HEARTBEAT --> passive

active <--> HEARTBEAT <--> active

VRRP虚拟路由冗余协议

解决单点故障

VIP

VMAC

工作方式：抢占、非抢占、延时抢占

keepalived部署

简介

vrrp协议的软件实现，设计目的是为了高可用ipvs服务

负载均衡是一种在真实集群之间分配 IP 流量的方法服务器，提供一个或多个高可用性虚拟服务。在设计负载均衡拓扑时，必须考虑负载均衡器本身以及后面的真实服务器的可用性。

Keepalived 为负载均衡和高可用性提供了框架。负载均衡框架依赖于众所周知且广泛使用的 Linux 虚拟服务器（IPVS）内核模块，提供第 4 层负载均衡。 Keepalived 实现了一组健康检查器，以动态和自适应的方式根据服务器池的运行状况维护和管理负载均衡的服务器池。高可用性是通过虚拟冗余路由协议实现的（VRRP）。VRRP是路由器故障切换的基础砖块。keepalived也实现了一组到 VRRP 有限状态机的钩子提供低级和高速协议交互。每个Keepalived 框架可以单独使用，也可以一起使用，以提供弹性基础设施。

简而言之，Keepalived 提供了两个主要功能：

LVS系统的健康检查
实施 VRRPv2 堆栈以处理负载均衡器故障切换

架构

用户空间核心组件：

vrrp stack：VIP消息通告

checkers：监测real server

system call：实现 vrrp 协议状态转换时调用脚本的功能

SMTP：邮件组件

IPVS wrapper：生成IPVS规则

Netlink Reflector：网络接口

WatchDog：监控进程

控制组件：提供keepalived.conf 的解析器，完成Keepalived配置

IO复用器：针对网络目的而优化的自己的线程抽象

内存管理组件：为某些通用的内存管理功能（例如分配，重新分配，发布等）提供访问权限

特点

部署简单，只需要配置一个配置文件即可
加入了虚拟路由冗余协议，可以保证业务或网络不间断稳定运行

核心功能

健康检查

1、采用tcp三次握手，icmp请求，http请求，udp 、

2、echo请求等方式对负载均衡器后面的实际的服务器(通常是承载真实业务的服务器)进行保活

故障切换

1、主要应用在配置了主备的服务器上，使用虚拟路由冗余协议维持主备之间的心跳

2、当主服务器出现问题时，由备服务器承载对应的业务，从而在最大限度上减少损失，并提供服务的稳定性

环境部署

四台主机 vip：100

realserver1：110

realserver2：120

KA1:10

KA2:20

关闭selinux、防火墙

[root@realserver1 ~]# getenforceDisabled[root@realserver1 ~]# systemctl status firewalld

realserver1/2中安装httpd

[root@realserver1 ~]# yum install httpd -y[root@realserver1 ~]# echo 192.168.86.110 > /var/www/html/index.html[root@realserver1 ~]# systemctl enable --now httpd[root@realserver2 ~]# echo 192.168.86.120 > /var/www/html/index.html

安装配置服务

KA1/2中

[root@Ka1 ~]# yum install keepalived -y

配置文件都是以块（block）的形式组成，每一个块的内容都包含在{ }中

主配置文件

[root@Ka1 ~]# vim /etc/keepalived/keepalived.conf

修改全局配置

! Configuration File for keepalived
global_defs {
notification_email {
594233887@qq.com #keepalived 
timiniglee-zln@163.com
}
notification_email_from keepalived@KA1.timinglee.org
smtp_server 127.0.0.1         
smtp_connect_timeout 30         
router_id KA1.timinglee.org     vrrp_skip_check_adv_addr vrrp_strict 
vrrp_garp_interval 0 
vrrp_gna_interval 0 
vrrp_mcast_group4 224.0.0.18 
}

vrrp_gna_interval 0 后面有0

vrrp_route_id--必须唯一


vrrp_instance VI_1 {state MASTERinterface eth0virtual_router_id 100priority 100advert_int 1authentication {auth_type PASSauth_pass 1111}virtual_ipaddress {192.168.86.100/24 dev eth0 label eth0:1}
}

修改后重启

[root@Ka1 ~]# systemctl enable --now keepalived.service

把配置复制到另一台

[root@Ka1 ~]# scp /etc/keepalived/keepalived.conf root@192.168.86.20:/etc/keepalived/keepalived.conf

修改优先级、state

vrrp_instance VI_1 {state BACKUPinterface eth0virtual_router_id 100

测试效果--抓包命令

[root@Ka1 ~]# tcpdump -i eth0 -nn host 224.0.0.18

解决VIP不能通信

global_defs {notification_email {1540509690@qq.com}notification_email_from keepalived@timinglee.orgsmtp_server 127.0.0.1smtp_connect_timeout 30router_id ka1.timinglee.orgvrrp_skip_check_adv_addrvrrp_strictvrrp_garp_interval 0vrrp_gna_interval 0vrrp_mcast_group4 224.0.0.18vrrp_iptables
}

日志

生成日志

[root@ka1 ~]# vim /etc/sysconfig/keepalived

指定0-7

KEEPALIVED_OPTIONS="-D -S 6"

[root@ka1 ~]# systemctl restart keepalived.service[root@ka1 ~]# vim /etc/rsyslog.conf# Save boot messages also to boot.log
local7.*                                                /var/log/boot.log
local6.*                                                /var/log/keepalived.log

查看是否生成

[root@ka1 ~]# systemctl restart rsyslog.service[root@ka1 ~]# systemctl restart keepalived.service测试[root@ka1 ~]# ll /var/log/keepalived.log
-rw------- 1 root root 8168 Aug 11 21:11 /var/log/keepalived.log

独立配置子文件

创建子配置目录

[root@Ka1 ~]# mkdir -p /etc/keepalived/conf.d[root@Ka1 ~]# vim /etc/keepalived/conf.d/192.168.86.100.conf

修改主配置文件

[root@Ka1 ~]# vim /etc/keepalived/keepalived.conf

#vrrp_instance VI_1 {
#    state MASTER
#    interface eth0
#    virtual_router_id 100
#    priority 100
#    advert_int 1
#    authentication {
#        auth_type PASS
#        auth_pass 1111
#    }
#    virtual_ipaddress {
#        192.168.86.100/24 dev eth0 label eth0:1
#    }
#}
include "/etc/keepalived/conf.d/*.conf"

注释掉上面的加入指向子配置文件路径

include "/etc/keepalived/conf.d/*.conf"

在子配置文件写配置

[root@Ka1 ~]# cat /etc/keepalived/conf.d/192.168.86.100.confvrrp_instance VI_1 {state MASTERinterface eth0virtual_router_id 100priority 100advert_int 1authentication {auth_type PASSauth_pass 1111}virtual_ipaddress {192.168.86.100/24 dev eth0 label eth0:1}}[root@Ka1 ~]#

然后重启服务

[root@Ka1 ~]# systemctl restart keepalived.service[root@Ka1 ~]# systemctl restart rsyslog.service

Keepalived企业应用示例

抢占模式和非抢占模式

默认为抢占模式，推荐使用非抢占模式

[root@Ka1 ~]# vim /etc/keepalived/keepalived.conf
vrrp_instance VI_1 {state BACKUPinterface eth0virtual_router_id 100priority 100advert_int 1nopreempt          #设置非抢占模式authentication {auth_type PASSauth_pass 1111}virtual_ipaddress {192.168.86.100/24 dev eth0 label eth0:1}
}#include "/etc/keepalived/conf.d/*.conf"

重启keepalived

延时抢占

[root@Ka1 ~]# vim /etc/keepalived/keepalived.confpreempt_delay 5s   #设置延迟5s抢占

VIP单播配置

[root@Ka1 ~]# vim /etc/keepalived/keepalived.conf

禁用vrrp_strict

10：

    unicast_src_ip 192.168.86.10unicast_peer {192.168.86.20}

20：

    unicast_src_ip 192.168.86.20unicast_peer {192.168.86.10}

效果：

[root@Ka1 ~]# tcpdump -i eth0 -nn src host 192.168.86.10 and dst 192.168.86.20tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decodelistening on eth0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes14:46:13.904625 IP 192.168.86.10 > 192.168.86.20: VRRPv2, Advertisement, vrid 100, prio 100, authtype simple, intvl 1s, length 20

邮件通知

[root@ka1 ~]# yum install mailx -y[root@ka1 ~]# vim /etc/mail.rc[root@ka1 ~]# echo hello world | mail -s test 2584896723@qq.com

set from=2584896723@qq.comset smtp=smtp.qq.comset smtp-auth-user=2584896723@qq.comset smtp-auth-password=rbdnzxqskffidjjjset smtp-auth=loginset ssl-verify=ignore

QQ邮箱-->账号与安全-->安全设置

[root@ka1 ~]# vim /etc/keepalived/mail.sh#! /bin/bashmail_dst="2584896723@qq.com"send_message(){mail_sub="$HOSTNAME to be $1 vip move"mail_msg="`date +%F\ %T`:vrrp move $HOSTNAME chage $1"echo $mail_msg | mail -s "$mail_sub" $mail_dst}case $1 inmaster)send_message master;;backup)send_message backup;;fault)send_message fault;;*);;esac

[root@ka1 ~]# chmod +x /etc/keepalived/mail.sh[root@ka1 ~]# vim /etc/keepalived/keepalived.conf#按如下添加的配置notify_master "/etc/keepalived/mail.sh master"notify_backup "/etc/keepalived/mail.sh backup"notify_fault "/etc/keepalived/mail.sh fault"

实现master/master的keepalived双主架构

ka1第二个

ka2第二个

实现IPVS的高可用性（LVS+keepalived）

[root@realserver2 ~]# vim /etc/sysctl.d/arp.confnet.ipv4.conf.all.arp_ignore=1
net.ipv4.conf.all.arp_announce=2
net.ipv4.conf.lo.arp_ignore=1
net.ipv4.conf.lo.arp_announce=2[root@realserver2 ~]# sysctl -p
[root@realserver2 ~]# sysctl --system


[root@ka1 ~]# vim /etc/keepalived/keepalived.confvirtual_server 192.168.86.100 80 {delay_loop 6lb_algo wrrlb_kind DR.#persistence_timeout 50protocol TCPreal_server 192.168.86.110 80 {weight 1HTTP_GET {url {path /status_code 200}connect_timeout 3nb_get_retry 3delay_before_retry 3}}}

    real_server 192.168.86.110 80 {weight 1SSL_GET {url {path /status_code 200}connect_timeout 3nb_get_retry 2delay_before_retry 2}}
###############################################################real_server 192.168.86.120 80 {weight 1SSL_GET {url {path /status_code 200}connect_timeout 3nb_get_retry 2delay_before_retry 2}}
}

[root@ka2 ~]# vim /etc/keepalived/keepalived.confvirtual_server 192.168.86.100 80{delay_loop 6lb_algo wrrlb_kind DR#persistence_timeout 50protocol TCPreal_server 192.168.86.110 80 {weight 1SSL_GET {url {path /status_code 200}connect_timeout 3nb_get_retry 2delay_before_retry 2}}
##################################################################real_server 192.168.86.120 80 {weight 1SSL_GET {url {path /status_code 200}connect_timeout 3nb_get_retry 2delay_before_retry 2}}}


[root@ka2 ~]# curl 172.25.254.110
172.25.254.110[root@ka2 ~]# systemctl restart keepalived.service

实现其他应用的高可用性 VRRP Script(keepalived+haproxy)

利用脚本实现主从角色切换

[root@ka1 ~]# vim /etc/keepalived/test.sh
#! /bin/bash
[ ! -f /mnt/lee ][root@ka1 ~]# sh /etc/keepalived/test.sh[root@ka1 ~]# echo $?
0[root@ka1 ~]# touch /mnt/lee[root@ka1 ~]# chmod +x /etc/keepalived/test.sh[root@ka1 ~]# sh /etc/keepalived/test.sh

[root@ka1 ~]# vim /etc/keepalived/keepalived.confvrrp_script check_file {script "/etc/keepalived/test.sh"interval 1weight -30fall 2rise 2timeout 2
}...track_script {check_file}...

[root@ka1 ~]# systemctl restart keepalived.service[root@ka1 ~]# ls /mnt/lee/mnt/lee

keepalived+haproxy实现高可用

[root@ka1 ~]# yum install haproxy -y

两台主机都做

[root@ka1 ~]# vim /etc/sysctl.conf# sysctl settings are defined through files in
# /usr/lib/sysctl.d/, /run/sysctl.d/, and /etc/sysctl.d/.
#
# Vendors settings live in /usr/lib/sysctl.d/.
# To override a whole file, create a new file with the same in
# /etc/sysctl.d/ and put new settings there. To override
# only specific settings, add a file with a lexically later
# name in /etc/sysctl.d/ and put new settings there.#For more information, see sysctl.conf(5) and sysctl.d(5).
net.ipv4.ip_nonlocal_bind=1[root@ka1 ~]# sysctl -pnet.ipv4.ip_nonlocal_bind = 1[root@ka1 ~]# systemctl enable --now haproxy.service

listen webclusterbind 192.168.86.100:80mode httpbalance roundrobinserver web1 192.168.86.110:80 check inter 3 fall 2 rise 5server web2 192.168.86.120:80 check inter 3 fall 2 rise 5

[root@ka1 ~]# vim /etc/sysctl.d/arp.confnet.ipv4.conf.all.arp_ignore=0net.ipv4.conf.all.arp_announce=0net.ipv4.conf.lo.arp_ignore=0net.ipv4.conf.lo.arp_announce=0

检测HAproxy状态

[root@ka2 ~]# killall -0 haproxy
[root@ka2 ~]# echo $?
0
[root@ka2 ~]#

检测脚本

[root@ka1 ~]# vim /etc/keepalived/test.sh[root@ka1 ~]# cat /etc/keepalived/test.sh
#!/bin/bash
killall -0 haproxy[root@ka1 ~]#