超详细！带你学习高可用集群keepalived

一、高可用集群

1、类型

• LB：Load Balance 负载均衡 --- LVS/HAProxy/nginx（http/upstream, stream/upstream）

1. LVS（Linux Virtual Server）是基于 Linux 内核实现的四层负载均衡技术，具有高性能和高可靠性。它通过修改 IP 数据包的目的地址和端口来实现负载分发。
2. HAProxy 是一款提供高可用性、负载均衡和基于 TCP 和 HTTP 应用的代理软件。它支持七层负载均衡，可以根据 HTTP 请求的内容进行更精细的流量分发。
3. Nginx 不仅是一个优秀的 Web 服务器，也具备强大的负载均衡功能。在 http/upstream 中可以配置基于 HTTP 协议的负载均衡，而 stream/upstream 用于配置基于 TCP 协议的负载均衡。

• HA：High Availability 高可用集群 --- 数据库、Redis

1. 数据库：通过主从复制、数据备份与恢复、故障自动切换等技术来保障数据的可用性和业务的连续性。例如 MySQL 的主从架构，当主库出现故障，从库可以迅速切换为主库继续提供服务。
2. Redis 也可以通过集群模式、主从复制等方式实现高可用性。比如 Redis Sentinel 可以监控 Redis 主从节点的状态，实现自动故障切换。

• SPoF: Single Point of Failure，解决单点故障

单点故障是指系统中某个组件的故障会导致整个系统无法正常工作。解决单点故障就是通过冗余、备份、故障转移等策略消除这种风险。

• HPC：High Performance Computing 高性能集群

将多个计算机通过高速网络连接起来，协同完成大规模计算任务。

通常用于科学计算、工程模拟、大数据分析等需要强大计算能力的领域。比如气象预测模型的计算、基因序列的分析等。通过并行计算、分布式存储等技术，高性能集群能够大幅提高计算效率，缩短计算时间。

2、系统可用性

SLA ： Service-Level Agreement 服务等级协议（提供服务的企业与客户之间就服务的品质、水准、性能等方面所达成的双方共同认可的协议或契约）

A = MTBF / (MTBF+MTTR ）

指标： 99.9%, 99.99%, 99.999%,99.9999%

3、系统故障

硬件故障：设计缺陷、 wear out （损耗）、非人为不可抗拒因素

软件故障：设计缺陷 bug

4、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

• active/passive 主/备
• active/active 双主
• active --> HEARTBEAT --> passive
• active <--> HEARTBEAT <--> active

5、VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol）

虚拟路由冗余协议 ,解决静态网关单点风险。 通过把几台路由设备联合组成一台虚拟的路由设备，将虚拟路由设备的IP地址作为用户的默认网关实现与外部网络通信。当网关设备发生故障时，VRRP机制能够选举新的网关设备承担数据流量，从而保障网络的可靠通信。

• 物理层:路由器、三层交换机
• 软件层:keepalived

（1）作用

出口网关的备份，保证出口网关的高可用性。

（2）相关术语

• 虚拟路由器：Virtual Router
• 虚拟路由器标识：VRID(0-255)，唯一标识虚拟路由器
• VIP：Virtual IP
• VMAC：Virutal MAC (00-00-5e-00-01-VRID)
• 物理路由器：

                master：主设备

                backup：备用设备

                priority：优先级

（3）相关技术

通告：心跳，优先级等；周期性

工作方式：抢占式，非抢占式

安全认证：

                无认证

                简单字符认证：预共享密钥

                MD5

工作模式：

                主/备：单虚拟路由器

                主/主：主 / 备（虚拟路由器 1 ），备 / 主（虚拟路由器 2 ）

二、keepalived

1、简介

官网： http://keepalived.org/

vrrp 协议的软件实现，原生设计目的为了高可用 ipvs 服务

功能：

• 基于vrrp协议完成地址流动
• 为vip地址所在的节点生成ipvs规则(在配置文件中预先定义)
• 为ipvs集群的各RS做健康状态检测
• 基于脚本调用接口完成脚本中定义的功能，进而影响集群事务，以此支持nginx、haproxy等服务

2、架构

说明：

a.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