Linux 高可用（HA）集群之Keepalived详解

大纲
一、前言
二、Keepalived 详解
三、环境准备
四、LVS+Keepalived 实现高可用的前端负载均衡器

一、前言
      这篇文章是前几篇文章的总结，我们先简单的总结一下我们前面讲解的内容，前面我们讲解了，LVS（负载均衡器）、Heartbeat、Corosync、Pacemaker、Web高可用集群、MySQL高可用集群、DRDB、iscsi、gfs2、cLVM等，唯一没有讲解的就是LVS可用，也就是前端高可用，我们这一篇博文主要讲解内容。在说这个之前我们得和大家讨论一个问题，也是好多博友问的问题。Heartbeat、Corosync、Keepalived这三个集群组件我们到底选哪个好，首先我想说明的是，Heartbeat、Corosync是属于同一类型，Keepalived与Heartbeat、Corosync，根本不是同一类型的。Keepalived使用的vrrp协议方式，虚拟路由冗余协议 (Virtual Router Redundancy Protocol，简称VRRP)；Heartbeat或Corosync是基于主机或网络服务的高可用方式；简单的说就是，Keepalived的目的是模拟路由器的高可用，Heartbeat或Corosync的目的是实现Service的高可用。所以一般Keepalived是实现前端高可用，常用的前端高可用的组合有，就是我们常见的LVS+Keepalived、Nginx+Keepalived、HAproxy+Keepalived。而Heartbeat或Corosync是实现服务的高可用，常见的组合有Heartbeat v3(Corosync)+Pacemaker+NFS+Httpd 实现Web服务器的高可用、Heartbeat v3(Corosync)+Pacemaker+NFS+MySQL 实现MySQL服务器的高可用。总结一下，Keepalived中实现轻量级的高可用，一般用于前端高可用，且不需要共享存储，一般常用于两个节点的高可用。而Heartbeat(或Corosync)一般用于服务的高可用，且需要共享存储，一般用于多节点的高可用。这个问题我们说明白了，又有博友会问了，那heartbaet与corosync我们又应该选择哪个好啊，我想说我们一般用corosync，因为corosync的运行机制更优于heartbeat，就连从heartbeat分离出来的pacemaker都说在以后的开发当中更倾向于corosync，所以现在corosync+pacemaker是最佳组合。但说实话我对于软件没有任何倾向性，所以我把所有的集群软件都和大家说了一下，我认为不管什么软件，只要它能存活下来都有它的特点和应用领域，只有把特定的软件放在特定的位置才能发挥最大的作用，那首先我们得对这个软件有所有了解。学习一种软件的最好方法，就是去查官方文档。好了说了那么多希望大家有所收获，下面我们来说一说keepalived。

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二、Keepalived 详解
1.Keepalived 定义
      Keepalived 是一个基于VRRP协议来实现的LVS服务高可用方案，可以利用其来避免单点故障。一个LVS服务会有2台服务器运行Keepalived，一台为主服务器（MASTER），一台为备份服务器（BACKUP），但是对外表现为一个虚拟IP，主服务器会发送特定的消息给备份服务器，当备份服务器收不到这个消息的时候，即主服务器宕机的时候， 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。Keepalived是VRRP的完美实现，因此在介绍keepalived之前，先介绍一下VRRP的原理。
2.VRRP 协议简介
在现实的网络环境中，两台需要通信的主机大多数情况下并没有直接的物理连接。对于这样的情况，它们之间路由怎样选择？主机如何选定到达目的主机的下一跳路由，这个问题通常的解决方法有二种：
在主机上使用动态路由协议(RIP、OSPF等)

在主机上配置静态路由

很明显，在主机上配置动态路由是非常不切实际的，因为管理、维护成本以及是否支持等诸多问题。配置静态路由就变得十分流行，但路由器(或者说默认网关default gateway)却经常成为单点故障。VRRP的目的就是为了解决静态路由单点故障问题，VRRP通过一竞选(election)协议来动态的将路由任务交给LAN中虚拟路由器中的某台VRRP路由器。
3.VRRP 工作机制
      在一个VRRP虚拟路由器中，有多台物理的VRRP路由器，但是这多台的物理的机器并不能同时工作，而是由一台称为MASTER的负责路由工作，其它的都是BACKUP，MASTER并非一成不变，VRRP让每个VRRP路由器参与竞选，最终获胜的就是MASTER。MASTER拥有一些特权，比如，拥有虚拟路由器的IP地址，我们的主机就是用这个IP地址作为静态路由的。拥有特权的MASTER要负责转发发送给网关地址的包和响应ARP请求。
      VRRP通过竞选协议来实现虚拟路由器的功能，所有的协议报文都是通过IP多播(multicast)包(多播地址224.0.0.18)形式发送的。虚拟路由器由VRID(范围0-255)和一组IP地址组成，对外表现为一个周知的MAC地址。所以，在一个虚拟路由 器中，不管谁是MASTER，对外都是相同的MAC和IP(称之为VIP)。客户端主机并不需要因为MASTER的改变而修改自己的路由配置，对客户端来说，这种主从的切换是透明的。
      在一个虚拟路由器中，只有作为MASTER的VRRP路由器会一直发送VRRP通告信息(VRRPAdvertisement message)，BACKUP不会抢占MASTER，除非它的优先级(priority)更高。当MASTER不可用时(BACKUP收不到通告信息)， 多台BACKUP中优先级最高的这台会被抢占为MASTER。这种抢占是非常快速的(<1s)，以保证服务的连续性。由于安全性考虑，VRRP包使用了加密协议进行加密。
4.VRRP 工作流程
(1).初始化：   
路由器启动时，如果路由器的优先级是255(最高优先级，路由器拥有路由器地址)，要发送VRRP通告信息，并发送广播ARP信息通告路由器IP地址对应的MAC地址为路由虚拟MAC，设置通告信息定时器准备定时发送VRRP通告信息，转为MASTER状态；否则进入BACKUP状态，设置定时器检查定时检查是否收到MASTER的通告信息。
(2).Master
设置定时通告定时器；

用VRRP虚拟MAC地址响应路由器IP地址的ARP请求；

转发目的MAC是VRRP虚拟MAC的数据包；

如果是虚拟路由器IP的拥有者，将接受目的地址是虚拟路由器IP的数据包，否则丢弃；

当收到shutdown的事件时删除定时通告定时器，发送优先权级为0的通告包，转初始化状态；

如果定时通告定时器超时时，发送VRRP通告信息；

收到VRRP通告信息时，如果优先权为0，发送VRRP通告信息；否则判断数据的优先级是否高于本机，或相等而且实际IP地址大于本地实际IP，设置定时通告定时器，复位主机超时定时器，转BACKUP状态；否则的话，丢弃该通告包；

(3).Backup
设置主机超时定时器；

不能响应针对虚拟路由器IP的ARP请求信息；

丢弃所有目的MAC地址是虚拟路由器MAC地址的数据包；

不接受目的是虚拟路由器IP的所有数据包；

当收到shutdown的事件时删除主机超时定时器，转初始化状态；

主机超时定时器超时的时候，发送VRRP通告信息，广播ARP地址信息，转MASTER状态；

收到VRRP通告信息时，如果优先权为0，表示进入MASTER选举；否则判断数据的优先级是否高于本机，如果高的话承认MASTER有效，复位主机超时定时器；否则的话，丢弃该通告包；

5.ARP查询处理
      当内部主机通过ARP查询虚拟路由器IP地址对应的MAC地址时，MASTER路由器回复的MAC地址为虚拟的VRRP的MAC地址，而不是实际网卡的 MAC地址，这样在路由器切换时让内网机器觉察不到；而在路由器重新启动时，不能主动发送本机网卡的实际MAC地址。如果虚拟路由器开启的ARP代理 (proxy_arp)功能，代理的ARP回应也回应VRRP虚拟MAC地址；好了VRRP的简单讲解就到这里，我们下来讲解一下Keepalived的案例。

三、环境准备
1.操作系统
CentOS 6.4 X86_64

2.软件版本
ipvsadm.x86_64 0:1.25-10.el6                 

keepalived.x86_64 0:1.2.7-3.el6     

httpd-2.2.15-29.el6.centos.x86_64

3.实验拓扑

4.时间同步
node1:
[root@node1 ~]# ntpdate 202.120.2.101

node2:
[root@node2 ~]# ntpdate 202.120.2.101

master:
[root@master ~]# ntpdate 202.120.2.101

slave:
[root@slave ~]# ntpdate 202.120.2.101

5.主机名互相解析
node1:
[root@node1 ~]# cat /etc/hosts 
127.0.0.1  localhost localhost.localdomain localhost4 localhost4.localdomain4   
::1        localhost localhost.localdomain localhost6 localhost6.localdomain6   
192.168.18.201    node1.test.com    node1   
192.168.18.202    node2.test.com    node2

node2:
[root@node2 ~]# cat /etc/hosts 
127.0.0.1  localhost localhost.localdomain localhost4 localhost4.localdomain4   
::1        localhost localhost.localdomain localhost6 localhost6.localdomain6   
192.168.18.201    node1.test.com    node1   
192.168.18.202    node2.test.com    node2

6.安装yum源
node1:
[root@node1 ~]# rpm -ivh http://download.Fedoraproject.org/pub/epel/6/x86_64/epel-release-6-8.noarch.rpm
[root@node1 ~]# rpm -ivh http://elrepo.org/elrepo-release-6-5.el6.elrepo.noarch.rpm

node2:
[root@node2 ~]# rpm -ivh http://download.fedoraproject.org/pub/epel/6/x86_64/epel-release-6-8.noarch.rpm
[root@node2 ~]# rpm -ivh http://elrepo.org/elrepo-release-6-5.el6.elrepo.noarch.rpm

master:
[root@master ~]# rpm -ivh http://download.fedoraproject.org/pub/epel/6/x86_64/epel-release-6-8.noarch.rpm
[root@master ~]# rpm -ivh http://elrepo.org/elrepo-release-6-5.el6.elrepo.noarch.rpm

slave:
[root@slave ~]# rpm -ivh http://download.fedoraproject.org/pub/epel/6/x86_64/epel-release-6-8.noarch.rpm
[root@slave ~]# rpm -ivh http://elrepo.org/elrepo-release-6-5.el6.elrepo.noarch.rpm