一、keepalived介绍
keepalived是集群管理中保证集群高可用的一个服务软件，用来防止单点故障。
keepalived是以VRRP协议为实现基础的，Keepalive类似于ylayer3, 4 & 5交换机制的软件，VRRP全称Virtual Router Redundancy Protocol，即虚拟路由冗余协议。虚拟路由冗余协议，可以认为是实现路由器高可用的协议，即将N台提供相同功能的路由器组成一个路由器组，这个组里面有一个master和多个backup，master上面有一个对外提供服务的vip（该路由器所在局域网内其他机器的默认路由为该vip），master会发组播，当backup收不到vrrp包时就认为master宕掉了，这时就需要根据VRRP的优先级来选举一个backup当master。这样的话就可以保证路由器的高可用了。
keepalived主要有三个模块，分别是core、check和vrrp。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。check负责健康检查，包括常见的各种检查方式。vrrp模块是来实现VRRP协议的。
Keepalived体系结构拓扑图
Keepalived的体系结构从整体上分为两层，分别是用户空间层（User Space）和内核空间层（Kernel Space）。
内核空间层处于最底层，它包括IPVS和NETLINK两个模块，IPVS模块是Keepalived引入的一个第三方模块，通过IPVS可以实现基于IP的负载均衡集群。IPVS默认包含在LVS集群软件中，在LVS集群中，IPVS安装在一个叫做Director Server的服务器上，同时在Director Server上虚拟出一个IP地址来对外提供服务，而用户必须通过这个虚拟IP地址才能访问服务。这个虚拟IP一般称为LVS的VIP，即Virtual IP。访问的请求首先经过VIP到达Director Server，然后由Director Server从服务器集群节点中选取一个服务节点响应用户的请求。 Keepalived最初就是为LVS提供服务的，由于Keepalived可以实现对集群节点的状态检测，而IPVS可以实现负载均衡功能，因此，Keepalived借助于第三方模块IPVS就可以很方便地搭建一套负载均衡系统。
在Keepalived中，IPVS模块是可配置的，如果需要负载均衡功能，可以在编译Keepalived时打开负载均衡功能，反正，也可以通过配置编译参数关闭。
NETLINK模块主要用于实现一些高级路由框架和一些相关的网络功能，完成用户空间层Netlink Reflector模块发来的各种网络请求。
用户空间层位于内核空间层之上，Keepalived的所有具体功能都在这里实现，在用户空间层，Keepalived又分为四个部分，分别是Scheduler I/O Multiplexer、Memory Management、Control Plane和Core components。其中，Scheduler I/O Multiplexer是一个I/O复用分发调度器，它负责安排Keepalived所有内部的任务请求。Memory Management是一个内存管理机制，这个框架提供了访问内存的一些通用方法。Control Plane是Keepalived的控制面板，可以实现对配置文件进行编译和解析，Keepalived的配置文件解析比较特殊，它并不是一次解析所有模块的配置，而是只有在用到某模块时才解析相应的配置。最后详细说一下Core components，这个部分是Keepalived的核心组件，包含了一些列功能模块，主要有WatchDog、Checkers、VRRP Stack、IPVS wrapper和Netlink Reflector，下面介绍每个模块所实现的功能如下。
（1）WatchDog
WatchDog是计算机可靠性领域中一个极为简单又非常有效的检测工具，它的工作原理是针对被监视的目标设置一个计数器和一个阈值，WatchDog会自己增加此计数值，然后等待被监视的目标周期性地重置该计数值。一旦被监控目标发生错误，就无法重置此计数值，WatchDog就会检测到，于是就采取对应的恢复措施，例如重启或关闭。
在Linux中很早就引入了WatchDog功能，而Keepalived正是通过WatchDog的运行机制来监控Checkers和VRRP进程的。
（2）Checkers
Checkers是Keepalived最基础的功能，也是最主要的功能，可实现对服务器运行状态检测和故障隔离。
（3）VRRP Stack
VRRP Stack是Keepalived后来引入的VRRP功能，可以实现HA集群中失败切换（Failover）功能。Keepalived通过VRRP功能再结合LVS负载均衡软件即可部署一套高性能的负载均衡集群系统。
（4）IPVS wrapper
IPVS wrapper是IPVS功能的一个实现。IPVS wrapper模块可以将设置好的IPVS规则发送到内核空间并提交给IPVS模块，最终实现IPVS模块的负载均衡功能。
（5）Netlink Reflector
Netlink Reflector用来实现高可用集群中Failover时虚拟IP（VIP）的设置和切换。Netlink Reflector的所有请求最后都发送到内核空间的NETLINK模块来完成。
二、keepalived配置文件keepalived.conf介绍
keepalived.conf 配置的配置文件都是以快（block）的形式组织，分别是global_defs、static_ipaddress、static_routes、vrrp_script、vrrp_instance和virtual_server；
###全局配置：global_defs
! Configuration File for keepalived
global_defs {
#notification_email {
# acassen@firewall.loc
# failover@firewall.loc
# sysadmin@firewall.loc
#}
#notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc
#smtp_server 192.168.200.1
#smtp_connect_timeout 30
router_id LVS_DEVEL
}解释：
-
notification_email 故障发生时给谁发邮件通知。
-
notification_email_from 通知邮件从哪个地址发出。
-
smpt_server 通知邮件的smtp地址。
-
smtp_connect_timeout 连接smtp服务器的超时时间。
-
enable_traps 开启SNMP陷阱（Simple Network Management Protocol）。
-
router_id 表示运行Keepalived服务器的一个标识，是发送邮件显示在邮件主题中的信息。
##VRRP配置
VRRP配置时keepalived核心，主要用来实现Keepalived的高可用性功能。从结构上看：VRRPD配置有可以分为VRRP同步组和VRRP实例配置。
(1).vrrp_sync_group
vrrp_sync_group的应用场景为：如果路由有2个网段，一个个网，一个外网，每个网段开启一个VRRP实例，假设VRRP配置为检查内网，那么当外网出现问题时，VRRPD会认为自己是健康的，则不会发送Master和Backup的切换，从而导致问题，同步组可以把两个实例都放入Sync Group，这样的话，Group里任何一个实例出现问题都会发生切换。
vrrp_sync_group VG1 {
group {
VI_1
VI_2
}
notify_backup "/usr/local/bin/vrrp.back arg1 arg2" keepalived进入backup状态时需要执行脚本
notify_master "/usr/local/bin/vrrp.mast arg1 arg2" keepalived进入master状态时需要执行脚本
notify_fault "/usr/local/bin/vrrp.fault arg1 arg2" keepalived进入fault状态时需要执行脚本
notify_stop "/usr/local/bin/vrrp.stop arg1 arg2" keepalived程序终止时需要执行脚本
}
vrrp_instance VI_1 {
state MASTER
interface eth0
virtual_router_id 51
priority 100
advert_int 1
authentication {
auth_type PASS
auth_pass 1111
}
virtual_ipaddress {
10.23.8.80
}
}
vrrp_instance VI_2 {
state MASTER
interface eth1
virtual_router_id 51
priority 100
advert_int 1
authentication {
auth_type PASS
auth_pass 1111
}
virtual_ipaddress {
#<IPADDR>/<MASK> brd <IPADDR> dev <STRING> scope <SCOPT> label <LABEL>
192.168.200.16
192.168.200.17 dev eth1
192.168.200.18 dev eth2
}
virtual_routes {
#src <IPADDR> [to] <IPADDR>/<MASK> via|gw <IPADDR> dev <STRING> scope <SCOPE>
src 192.168.100.1 to 192.168.109.0/24 via 192.168.200.254 dev eth1
192.168.110.0/24 via 192.168.200.254 dev eth1
192.168.111.0/24 dev eth2
192.168.112.0/24 via 192.168.100.254
192.168.113.0/24 via 192.168.100.252 or 192.168.100.253
}
nopreempt
preemtp_delay 300
}
virtual_server 10.23.8.80 80 {
delay_loop 6
lb_algo wlc
lb_kind NAT
persistence_timeout 600
protocol TCP
real_server 172.18.1.11 80 {
weight 100
TCP_CHECK {
connect_timeout 3
}
}
real_server 172.18.1.12 80 {
weight 100
TCP_CHECK {
connect_timeout 3
}
}
real_server 172.18.1.13 80 {
weight 100
TCP_CHECK {
connect_timeout 3
}
}
}- notify_master：指定当Keepalived进入Master状态时要执行的脚本，这个脚本可以是一个状态报警脚本，也可以是一个服务管理脚本。Keepalived允许脚本传入参数，因此灵活性很强。
- notify_backup：指定当Keepalived进入Backup状态时要执行的脚本，同理，这个脚本可以是一个状态报警脚本，也可以是一个服务管理脚本。
- notify_fault：指定当Keepalived进入Fault状态时要执行的脚本，脚本功能与前两个类似。
- notify_stop：指定当Keepalived程序终止时需要执行的脚本。
VRRP配置以“vrrp_instance”作为标识，配置选项介绍：
- vrrp_instance：是VRRP实例开始的标识，后跟VRRP实例名称。
- state：于指定Keepalived的角色，MASTER表示此主机是主服务器，BACKUP表示此主机是备用服务器。
- interface：用于指定HA监测网络的接口。
- virtual_router_id：是虚拟路由标识，这个标识是一个数字，同一个vrrp实例使用唯一的标识，即在同一个vrrp_instance下，MASTER和BACKUP必须是一致的。
- priority 用于定义节点优先级，数字越大表示节点的优先级就越高。在一个vrrp_instance下，MASTER的优先级必须大于BACKUP的优先级。
- advert_int 用于设定MASTER与BACKUP主机之间同步检查的时间间隔，单位是秒。
- mcast_src_ip 用于设置发送多播包的地址，如果不设置，将使用绑定的网卡所对应的IP地址。
- garp_master_delay用于设定在切换到Master状态后延时进行Gratuitous arp请求的时间。
- track_interface用于设置一些额外的网络监控接口，其中任何一个网络接口出现故障，Keepalived都会进入FAULT状态。
- authentication用于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，在一个vrrp_instance下，MASTER与BACKUP必须使用相同的密码才能正常通信。
- virtual_ipaddress 用于设置虚拟IP地址（VIP），又叫做漂移IP地址。可以设置多个虚拟IP地址，每行一个。之所以称为漂移IP地址，是因为Keepalived切换到Master状态时，这个IP地址会自动添加到系统中，而切换到BACKUP状态时，这些IP又会自动从系统中删除。Keepalived通过“ip address add”命令的形式将VIP添加进系统中。要查看系统中添加的VIP地址，可以通过“ip add”命令实现。“virtual_ipaddress”段中添加的IP形式可以多种多样，例如可以写成 “192.168.16.189/24 dev eth1” 这样的形式，而Keepalived会使用IP命令“ip addr add 192.168.16.189/24 dev eth1”将IP信息添加到系统中。因此，这里的配置规则和IP命令的使用规则是一致的。
- virtual_routes和virtual_ipaddress段一样，用来设置在切换时添加或删除相关路由信息。使用方法和例子可以参考上面的示例。通过“ip route”命令可以查看路由信息是否添加成功，此外，也可以通过上面介绍的notify_master选项来代替virtual_routes实现相同的功能。
- nopreempt 设置的是高可用集群中的不抢占功能。在一个HA Cluster中，如果主节点死机了，备用节点会进行接管，主节点再次正常启动后一般会自动接管服务。这种来回切换的操作，对于实时性和稳定性要求不高的业务系统来说，还是可以接受的，而对于稳定性和实时性要求很高的业务系统来说，不建议来回切换，毕竟服务的切换存在一定的风险和不稳定性，在这种情况下，就需要设置nopreempt这个选项了。设置nopreempt可以实现主节点故障恢复后不再切回到主节点，让服务一直在备用节点工作，直到备用节点出现故障才会进行切换。在使用不抢占时，只能在“state”状态为“BACKUP”的节点上设置，而且这个节点的优先级必须高于其他节点。
- preemtp_delay用于设置抢占的延时时间，单位是秒。有时候系统启动或重启之后网络需要经过一段时间才能正常工作，在这种情况下进行发生主备切换是没必要的，此选项就是用来设置这种情况发生的时间间隔。在此时间内发生的故障将不会进行切换，而如果超过“preemtp_delay”指定的时间，并且网络状态异常，那么才开始进行主备切换。
LVS段的配置以“virtual_server”作为开始标识，此段内容有两部分组成，分别是real_server段和健康检测段。下面是virtual_server配置说明：
virtual_server 192.168.12.200 80 {
delay_loop 6
lb_algo rr
lb_kind DR
persistence_timeout 50
persistence_granularity <NETMASK>
protocol TCP
ha_suspend
virtualhost <string>
sorry_server <IPADDR> <PORT>- virtual_server：设置虚拟服务器的开始，后面跟虚拟IP地址和服务端口，IP与端口之间用空格隔开。
- delay_loop：设置健康检查的时间间隔，单位是秒。
- lb_algo：设置负载调度算法，可用的调度算法有rr、wrr、lc、wlc、lblc、sh、dh等，常用的算法有rr和wlc。
- lb_kind：设置LVS实现负载均衡的机制，有NAT、TUN和DR三个模式可选。
- persistence_timeout：会话保持时间，单位是秒。这个选项对动态网页是非常有用的，为集群系统中的session共享提供了一个很好的解决方案。有了这个会话保持功能，用户的请求会一直分发到某个服务节点，直到超过这个会话的保持时间。需要注意的是，这个会话保持时间是最大无响应超时时间，也就是说，用户在操作动态页面时，如果在50秒内没有执行任何操作，那么接下来的操作会被分发到另外的节点，但是如果用户一直在操作动态页面，则不受50秒的时间限制。
- persistence_granularity：此选项是配合persistence_timeout的，后面跟的值是子网掩码，表示持久连接的粒度。默认是255.255.255.255，也就是一个单独的客户端IP。如果将掩码修改为255.255.255.0，那么客户端IP所在的整个网段的请求都会分配到同一个real server上。
- protocol：指定转发协议类型，有TCP和UDP两种可选。
- ha_suspend：节点状态从Master到Backup切换时，暂不启用real server节点的健康检查。
- virtualhost：在通过HTTP_GET/ SSL_GET做健康检测时，指定的Web服务器的虚拟主机地址。
- sorry_server：相当于一个备用节点，在所有real server失效后，这个备用节点会启用。
real_server段的一个配置示例：
real_server 192.168.12.132 80 {
weight 3
inhibit_on_failure
notify_up <STRING> | <QUOTED-STRING>
notify_down <STRING> | <QUOTED-STRING>
}- real_server：是real_server段开始的标识，用来指定real server节点，后面跟的是real server的真实IP地址和端口，IP与端口之间用空格隔开。
- weight：用来配置real server节点的权值。权值大小用数字表示，数字越大，权值越高。设置权值的大小可以为不同性能的服务器分配不同的负载，为性能高的服务器设置较高的权值，而为性能较低的服务器设置相对较低的权值，这样才能合理地利用和分配了系统资源。
- inhibit_on_failure：表示在检测到real server节点失效后，把它的“weight”值设置为0，而不是从IPVS中删除。
- notify_up：此选项与上面介绍过的notify_maser有相同的功能，后跟一个脚本，表示在检测到real server节点服务处于UP状态后执行的脚本。
- notify_down：表示在检测到real server节点服务处于DOWN状态后执行的脚本。
健康检测段允许多种检查方式，常见的有HTTP_GET、SSL_GET、TCP_CHECK、SMTP_CHECK、MISC_CHECK。
TCP_CHECK检测方式示例：
TCP_CHECK {
connect_port 80
connect_timeout 3
nb_get_retry 3
delay_before_retry 3
}- connect_port：健康检查的端口，如果无指定，默认是real_server指定的端口。
- connect_timeout：表示无响应超时时间，单位是秒，这里是3秒超时。
- nb_get_retry：表示重试次数，这里是3次。
- delay_before_retry：表示重试间隔，这里是间隔3秒。
HTTP_GET和SSL_GET检测方式的示例：
HTTP_GET |SSL_GET
{
url {
path /index.html
digest e6c271eb5f017f280cf97ec2f51b02d3
status_code 200
}
connect_port 80
bindto 192.168.12.80
connect_timeout 3
nb_get_retry 3
delay_before_retry 2
}- url：用来指定HTTP/SSL检查的URL信息，可以指定多个URL。
- path：后跟详细的URL路径。
- digest：SSL检查后的摘要信息，这些摘要信息可以通过genhash命令工具获取。例如：genhash -s 192.168.12.80 -p 80 -u /index.html。
- status_code：指定HTTP检查返回正常状态码的类型，一般是200。
- bindto：表示通过此地址来发送请求对服务器进行健康检查。
MISC_CHECK检测方式的示例：
MISC_CHECK
{
misc_path /usr/local/bin/script.sh
misc_timeout 5
! misc_dynamic
}MISC健康检查方式可以通过执行一个外部程序来判断real server节点的服务状态，使用非常灵活。以下是常用的几个选项的含义。
- misc_path：用来指定一个外部程序或者一个脚本路径。
- misc_timeout：设定执行脚本的超时时间。
- misc_dynamic：表示是否启用动态调整real server节点权重，“!misc_dynamic”表示不启用，相反则表示启用。在启用这功能后，Keepalived的healthchecker进程将通过退出状态码来动态调整real server节点的“weight”值，如果返回状态码为0，表示健康检查正常，real server节点权重保持不变；如果返回状态码为1，表示健康检查失败，那么就将real server节点权重设置为0；如果返回状态码为2~255之间任意数值，表示健康检查正常，但real server节点的权重将被设置为返回状态码减2，例如返回状态码为10，real server节点权重将被设置为8（10-2）。
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