[系统运维]Keepalived原理与部署配置

静态路由高可用，一直听说keepalived+nginx可以实现，结合反思当前参与项目使用dns做主备节点之间的切换问题，查找相关资料进行总结，本文对keepalived的原理进行简要介绍，并实际搭建keepalived主备节点以及结合主备节点部署nginx进行实际验证，在此进行记录，以便后续持续深入学习以及为后来者提供参考借鉴，文中不免疏漏之处，望读者不吝指教，感激之至！

1. Keepalived简介

Keepalived起初是专为LVS负载均衡软件设计的，用来管理并监控LVS集群系统中各个服务节点的状态，后来又加入了可以实现高可用的VRRP功能。因此，Keepalived除了能够管理LVS外，还可以作为其他服务（例如：Nginx、Haproxy、MySQL等）的高可用解决方案。

Keepalived软件主要是通过VRRP协议实现高可用功能的。VRRP是Virtual Router RedundancyProtocol(虚拟路由器冗余协议）的缩写，VRRP出现的目的就是为了解决静态路由单点故障问题的，它能够保证当个别节点宕机时，整个网络可以不间断地运行。

所以，Keepalived 一方面具有配置管理LVS的功能，同时还具有对LVS下面节点进行健康检查的功能，另一方面也可实现系统网络服务的高可用功能。

2. Keepalived原理

Keepalived高可用服务对之间的故障切换转移，是通过 VRRP来实现的。

VRRP全称Virtual Router Redundancy Protocol ,中文名为虚拟路由冗余协议 ，
VRRP的出现就是为了解决静态路由的单点故障问题，VRRP是通过一种竞选机制来将路由的任务交给某台VRRP路由器的。

VRRP的工作过程：

（1）虚拟路由器中的路由器根据优先级选举出Master，Master路由器通过发送免费ARP报文，将自己的虚拟MAC地址通告给与它连接的设备。
（2）Master路由器周期性发送VRRP报文，以公布自己的配置信息（优先级等）和工作状态
（3）如果Master故障，虚拟路由器中的Backup路由器将根据优先级重新选举新的Master
（4）虚拟路由器状态切换时，Master路由器由一台设备切换会另外一台设备，新的Master路由器只是简单的发送一个携带虚拟MAC地址和虚拟IP的免费ARP报文，这样就可以更新其他设备中缓存的ARP信息
（5）Backup路由器的优先级高于Master时，由Backup的工作方式（抢占式或者非抢占式）决定是否重新选举Master。

3. Keepalived部署配置

3.1 安装环境

环境：CentOS Linux release 7.2.1511 (Core)
版本：keepalived-2.2.4.tar.gz
官网：https://www.keepalived.org/download.html

3.2 安装步骤

（1）下载
wget  https://www.keepalived.org/software/keepalived-2.2.4.tar.gz

（2）依赖安装更新
yum -y install gcc glibc-devel make ncurses-devel openssl-devel xmlto perl wget gtk2-devel binutils-devel

（3）解压调整安装路径
tar -zvxf keepalived-2.2.4.tar.gz
cd /usr/local/keepalived-2.2.4/

（4）配置指定安装目录
./configure --prefix=/usr/local/keepalived

（5）编译并安装
 make && make install

（6）调整配置文件
! Configuration File for keepalived
global_defs {
   notification_email {
     acassen@firewall.loc
   }
   notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc
   smtp_server smtp.163.com
   smtp_connect_timeout 30
   router_id LVS_DEVEL_0
   vrrp_skip_check_adv_addr
   vrrp_strict
   vrrp_garp_interval 0
   vrrp_gna_interval 0
}
vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    # 配置当前机器网卡
    interface eno16777736
    virtual_router_id 51
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
       # 与当前机器配置同一网段
        192.168.65.16
    }
}

（7）设置linux服务
	mkdir  /etc/keepalived
	cp /usr/local/keepalived-2.2.4/keepalived/etc/init.d/keepalived /etc/init.d/
	cp /usr/local/keepalived/etc/keepalived/keepalived.conf /etc/keepalived/
	cp /usr/local/keepalived-2.2.4/keepalived/etc/init.d/keepalived /etc/sysconfig/
	cp /usr/local/keepalived/sbin/keepalived /usr/sbin/
	
（8）启动
systemctl start keepalived
systemctl status keepalived
systemctl stop keepalived

（9）验证
ps -aux | grep keepalived
systemctl status keepalived

（10）功能验证
部署两台机器 keepalived，一个master，一个backup；
两台机器各部署一个nginx，同时设置默认界面信息不同，用于区分访问到不同的机器；
同时启动两台keepalived和nginx，使用虚拟ip访问，查看是否是master节点；
关闭master节点的keepalived，继续使用虚拟ip访问，验证是否是backup节点；
恢复master节点的keepalived，继续使用虚拟ip访问，验证是否恢复到master节点访问。

3.3 配置说明

# 全局配置
global_defs {
   # 邮件通知信息
   notification_email {
     # 定义收件人
     acassen@firewall.loc
   }
   # 定义发件人
   notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc
   # SMTP服务器地址
   smtp_server 192.168.200.1
   smtp_connect_timeout 30
   # 路由器标识，一般不用改，也可以写成每个主机自己的主机名
   router_id LVS_DEVEL
   # VRRP的ipv4和ipv6的广播地址，配置了VIP的网卡向这个地址广播来宣告自己的配置信息，下面是默认值
   vrrp_mcast_group4 224.0.0.18
   vrrp_mcast_group6 ff02::12
}

# 一个vrrp_instance就是定义一个虚拟路由器的，实例名称
vrrp_instance VI_1 {
    # 定义初始状态，可以是MASTER或者BACKUP
    state MASTER
    # 工作接口，通告选举使用哪个接口进行
    interface ens33
    # 虚拟路由ID，如果是一组虚拟路由就定义一个ID，如果是多组就要定义多个，而且这个虚拟
    # ID还是虚拟MAC最后一段地址的信息，取值范围0-255
    virtual_router_id 51
    # 使用哪个虚拟MAC地址
    use_vmac XX:XX:XX:XX:XX
    # 监控本机上的哪个网卡，网卡一旦故障则需要把VIP转移出去
    track_interface {
        eth0
        ens33
    }
    # 如果你上面定义了MASTER,这里的优先级就需要定义的比其他的高
    priority 100
    # 通告频率，单位为秒
    advert_int 1
    # 通信认证机制，这里是明文认证还有一种是加密认证
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    # 设置虚拟VIP地址，一般就设置一个，在LVS中这个就是为LVS主机设置VIP的，这样你就不用自己手动设置了
    virtual_ipaddress {
        # IP/掩码 dev 配置在哪个网卡
        192.168.200.16/24 dev eth1
        # IP/掩码 dev 配置在哪个网卡的哪个别名上
        192.168.200.17/24 dev label eth1:1
    }
    # 虚拟路由，在需要的情况下可以设置lvs主机 数据包在哪个网卡进来从哪个网卡出去
    virtual_routes {
        192.168.110.0/24 dev eth2
    }
    # 工作模式，nopreempt表示工作在非抢占模式，默认是抢占模式 preempt
    nopreempt|preempt
    # 如果是抢占默认则可以设置等多久再抢占，默认5分钟
    preempt delay 300
    # 追踪脚本，通常用于去执行上面的vrrp_script定义的脚本内容
    track_script {

    }
    # 三个指令，如果主机状态变成Master|Backup|Fault之后会去执行的通知脚本，脚本要自己写
    notify_master ""
    notify_backup ""
    notify_fault ""
}

4. 参考文献

[1] https://www.keepalived.org/
[2] https://www.cnblogs.com/clsn/p/8052649.html
[3] https://www.cnblogs.com/rexcheny/p/10778567.html