使用keepalived及典型应用

　　通常说的双机热备是指两台机器都在运行，但并不是两台机器都同时在提供服务。
　　　　　　eg：当提供服务的一台出现故障的时候，另外一台会马上自动接管并且提供服务，而且切换的时间非常短。
栗子：下面来以keepalived结合tomcat来实现一个web服务器的双机热备。
keepalived的工作原理是VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol）虚拟路由冗余协议。
　　在VRRP中有两组重要的概念：VRRP路由器和虚拟路由器，主控路由器和备份路由器。
　　　　　　VRRP路由器是指运行VRRP的路由器，是物理实体，

　　　　　　虚拟路由器是指VRRP协议创建的，是逻辑概念。

一组VRRP路由器协同工作，共同构成一台虚拟路由器。

　　Vrrp中存在着一种选举机制，用以选出提供服务的路由即主控路由，其他的则成了备份路由。

当主控路由失效后，备份路由中会重新选举出一个主控路由，来继续工作，来保障不间断服务。

我们在本文中的测试环境如下
两台物理服务器和一个虚拟服务器(vip):
master：redhat 2.6.18-53.el5 192.168.8.4
backup: redhat 2.6.18-53.el5 192.168.8.6
vip： 192.168.8.100
测试环境的网络topology图如下:

　　节点A 192.168.8.4 (主节点), 节点B 192.168.8.6(备用节点)，虚拟IP(对外提供服务的IP 192.168.8.100)
在这种模式下，虚拟IP在某时刻只能属于某一个节点，另一个节点作为备用节点存在。
　　当主节点不可用时，备用节点接管虚拟IP（即虚拟IP漂移至节点B），提供正常服务。

keepalived的原理可以这样简单理解:
　　keepalived安装在两台物理服务器上，并相互监控对方是否在正常运行。
　　当节点A正常的时候:节点A上的keepalived会将下面的信息广播出去:
　　192.168.8.100 这个IP对应的MAC地址为节点A网卡的MAC地址

图中的其它电脑如客户端和NodeB会更新自己的ARP表，对应192.168.8.100的MAC地址=节点A网卡的MAC地址。

　　当节点A发生故障的时候，节点B上的keepalived会检测到，并且将下面的信息广播出去:
192.168.8.100 这个IP对应的MAC地址为节点B网卡的MAC地址
图中的其它电脑如客户端会更新自己的ARP表，对应192.168.8.100的MAC地址=节点B网卡的MAC地址。

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操作步骤
1,在主备机器上安装keepalived，
步骤如下:下载keepalived-1.1.15.tar.gz，然后解压安装
#tar zxvf keepalived-1.1.15.tar.gz
#cd keepalived-1.1.15
#./configure
#make
#make install
2,配置keepalived
配置中的state MASTER决定了节点为主节点
priority决定了优先级，比如在有多个备用节点的时候，主节点故障后优先级值大的接管。
主节点的配置如下:

[html] view plain copy

global_defs {
router_id NodeA
}
vrrp_instance VI_1 {
state MASTER #设置为主服务器
interface eth0 #监测网络接口
virtual_router_id 51 #主、备必须一样
priority 100 #(主、备机取不同的优先级，主机值较大，备份机值较小,值越大优先级越高)
advert_int 1 #VRRP Multicast广播周期秒数
authentication {
auth_type PASS #VRRP认证方式，主备必须一致
auth_pass 1111 #(密码)
}
virtual_ipaddress {
192.168.8.100/24 #VRRP HA虚拟地址
}

备用节点的配置如下:

[html] view plain copy

global_defs {
router_id NodeB
}
vrrp_instance VI_1 {
state BACKUP #设置为主服务器
interface eth0 #监测网络接口
virtual_router_id 51 #主、备必须一样
priority 90 #(主、备机取不同的优先级，主机值较大，备份机值较小,值越大优先级越高)
advert_int 1 #VRRP Multicast广播周期秒数
authentication {
auth_type PASS #VRRP认证方式，主备必须一致
auth_pass 1111 #(密码)
}
virtual_ipaddress {
192.168.8.100/24 #VRRP HA虚拟地址
}

3,启动keepalived:
keepalived -D -f /usr/local/etc/keepalived/keepalived.conf
查看log消息:
tail -f /var/log/messages
启动主节点A后的日志为:会广播ARP消息

[html] view plain copy

[root@srv4 ~]# tail -f /var/log/messages
Sep 20 01:45:29 srv4 Keepalived_vrrp: Configuration is using : 34546 Bytes
Sep 20 01:45:29 srv4 Keepalived_vrrp: VRRP sockpool: [ifindex(2), proto(112), fd(8,9)]
Sep 20 01:45:30 srv4 Keepalived_vrrp: VRRP_Instance(VI_1) Transition to MASTER STATE
Sep 20 01:45:31 srv4 Keepalived_vrrp: VRRP_Instance(VI_1) Entering MASTER STATE
Sep 20 01:45:31 srv4 Keepalived_vrrp: VRRP_Instance(VI_1) setting protocol VIPs.
Sep 20 01:45:31 srv4 Keepalived_vrrp: VRRP_Instance(VI_1) Sending gratuitous ARPs on eth0 for 192.168.8.100
Sep 20 01:45:31 srv4 Keepalived_vrrp: Netlink reflector reports IP 192.168.8.100 added
Sep 20 01:45:31 srv4 Keepalived_healthcheckers: Netlink reflector reports IP 192.168.8.100 added
Sep 20 01:45:31 srv4 avahi-daemon[4029]: Registering new address record for 192.168.8.100 on eth0.
Sep 20 01:45:36 srv4 Keepalived_vrrp: VRRP_Instance(VI_1) Sending gratuitous ARPs on eth0 for 192.168.8.100

通过ip a 命令可以看到192.168.8.100/24绑定到了eth0上

[html] view plain copy

[root@srv4 bin]# ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 16436 qdisc noqueue
link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
inet 127.0.0.1/8 scope host lo
inet6 ::1/128 scope host
valid_lft forever preferred_lft forever
2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast qlen 1000
link/ether 00:0c:29:50:2d:9d brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
inet 192.168.8.4/24 brd 192.168.8.255 scope global eth0
inet 192.168.8.100/24 scope global secondary eth0
inet6 fe80::20c:29ff:fe50:2d9d/64 scope link
valid_lft forever preferred_lft forever

启动备用节点B后的日志为:

[html] view plain copy

Sep 20 01:47:31 hadoopsrv Keepalived_vrrp: Configuration is using : 34262 Bytes
Sep 20 01:47:31 hadoopsrv Keepalived_vrrp: VRRP_Instance(VI_1) Entering BACKUP STATE
Sep 20 01:47:31 hadoopsrv Keepalived_vrrp: VRRP sockpool: [ifindex(2), proto(112), fd(7,8)]
Sep 20 01:47:31 hadoopsrv Keepalived: Starting VRRP child process, pid=20567

4，在两台机器上安装tomcat，安装步骤省略

安装完成后在节点A的机器上创建一个html文件内容如下

[html] view plain copy

this is the test page
<br>
from server 192.168.8.4

通过下面的url验证能够正常访问
http://192.168.8.4:8080/test/test.html

安装完成后在节点B的机器上创建一个html文件内容如下

[html] view plain copy

this is the test page
<br>
from server 192.168.8.6

通过下面的url验证能够正常访问
http://192.168.8.6:8080/test/test.html
在主节点，节点A正常的时候通过下面的url访问
192.168.8.100:8080/test/test.html
返回的内容应该为主节点上的html

[html] view plain copy

this is the test page
<br>
from server 192.168.8.4

将节点A的keepalived停止: killall keepalived
通过下面的url访问
192.168.8.100:8080/test/test.html
返回的内容应该为备用节点上的内容

[html] view plain copy

this is the test page
<br>
from server 192.168.8.6

同时查看节点B的日志:发现节点B转为主节点并且会广播ARP消息

[html] view plain copy

Sep 20 01:55:44 hadoopsrv Keepalived_vrrp: VRRP_Instance(VI_1) Transition to MASTER STATE
Sep 20 01:55:45 hadoopsrv Keepalived_vrrp: VRRP_Instance(VI_1) Entering MASTER STATE
Sep 20 01:55:45 hadoopsrv Keepalived_vrrp: VRRP_Instance(VI_1) setting protocol VIPs.
Sep 20 01:55:45 hadoopsrv Keepalived_vrrp: VRRP_Instance(VI_1) Sending gratuitous ARPs on eth0 for 192.168.8.100
Sep 20 01:55:45 hadoopsrv avahi-daemon[3769]: Registering new address record for 192.168.8.100 on eth0.
Sep 20 01:55:50 hadoopsrv Keepalived_vrrp: VRRP_Instance(VI_1) Sending gratuitous ARPs on eth0 for 192.168.8.100

本文的目的主要是演示keepalived实现双机热备的功能和过程。
对于应用本身(tomcat)发生错误，以及"脑裂"等问题是不能解决的。

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keepalived配置及典型应用案例

使用源码先安装keepalived 1.2.6

cd /usr/local/src

wget http://www.keepalived.org/software/keepalived-1.2.6.tar.gz

tar zxf keepalived-1.2.6.tar.gz

cd keepalived-1.2.6

./configure --prefix=/usr/local/keepalived

make

make install

所设keepalived安装到/usr/local/keepalived, 则所有配置文件均位于此目录之下。我一直没搞明白一个问题，Linux默认总是将程序安装到/usr/local目录下，所有程序共享了/usr/local/sbin目录。这对一些人的操作习惯是有影响的。为何不考虑使用每个软件一个独立的目录呢？

1. 建立服务启动脚本，以便使用service命令控制之
cp /usr/local/keepalived/etc/rc.d/init.d/keepalived /etc/init.d/keepalived

chmod +x /etc/init.d/keepalived

因为我们使用非默认路径（/usr/local）安装keepalived, 故需要修改几处路径，以保证keepalived能正常启动, 需要修改的文件如下：

2. 修改/etc/init.d/keepalived, 寻找大约15行左右的. /etc/sysconfig/keepalived, 修改为：
. /usr/local/keepalived/etc/sysconfig/keepalived, 即指向正确的文件位置

同时在上述行下添加以下内容（将keepavlied主程序所在路径导入到环境变量PATH中）：

PATH="$PATH:/usr/local/keepalived/sbin"

export PATH

3. 修改/usr/local/keepalived/etc/sysconfig/keepalived文件，设置正确的服务启动参数
KEEPALIVED_OPTIONS="-D -f /usr/local/keepalived/etc/keepalived/keepalived.conf"

4. 经过以上修改，keepalived基本安装即可完成，启动测试之：
service keepalived restart

5. 切勿忘记将此服务设置为开机启动

chkconfig keepalived on

默认的配置文件中，指定了两个数个虚拟IP : 192.168.200.16 192.168.200.17 192.168.200.18

可使用ip addr命令验证之。

以上实验只需要一台主机，因为当前节点被指定为主节点，且没有收到其它节点的VRRP组播信息，故自动绑定了虚拟IP。

参考案例一：主-备模式
在这种模式下，虚拟IP在某时刻只能属于某一个节点，另一个节点作为备用节点存在。当主节点不可用时，备用节点接管虚拟IP，提供正常服务。

节点A 192.168.0.11 (主节点), 节点B 192.168.0.12(备用节点) 虚拟IP(对外提供服务的IP 192.168.0.200

要求默认情况下由节点A提供服务，当节点A不可用时，由节点B提供服务(即虚拟IP漂移至节点B)。

节点A上的配置文件/usr/local/keepalived/etc/keepalived/keepalived.conf

global_defs {

notification_email {

root@localhost

}

notification_email_from root@local host

smtp_server localhost

smtp_connect_timeout 30

router_id NodeA

}

默认的配置文件中，使用第三方smtp服务器，但这在现实中几乎没有意义（需要验证的原因），我们将其指定为localhost, 将通知信息的发送交给本地sendmail服务处理。查阅说明文档得知route_id配置是为了标识当前节点，我将其设置为NodeA。当然两个节点的此项设置可相同，也可不相同。

vrrp_instance VI_1 {

state MASTER #指定A节点为主节点备用节点上设置为BACKUP即可

interface eth0 #绑定虚拟IP的网络接口

virtual_router_id 51 #VRRP组名，两个节点的设置必须一样，以指明各个节点属于同一VRRP组

priority 100 #主节点的优先级（1-254之间），备用节点必须比主节点优先级低

advert_int 1 #组播信息发送间隔，两个节点设置必须一样

authentication { #设置验证信息，两个节点必须一致

auth_type PASS

auth_pass 1111

}

virtual_ipaddress { #指定虚拟IP, 两个节点设置必须一样

192.168.200.16/24

192.168.200.17 /24

192.168.200.18 /24

}

默认的配置文件中，竟然没有子网掩码，从而导致使用了默认子网掩码255.255.255.255，如果导致无法从其它机器访问虚拟IP（keepalived虚拟IP无法ping通）。

按同样的方法配置节点B并修改配置文件，可将A节点的配置文件复制到B节点，并修改以下几项：
router_id NodeB

state BACKUP

priority 99

其它项不必修改。

测试及验证：拔掉节点A的网线，就发现虚拟IP已经绑定到节点B上，再恢复A节点的网线，虚拟IP又绑定回节点A之上。

但是这种方式存在脑裂的可能，即两个节点实际都处于正常工作状态，但是无法接收到彼此的组播通知，这时两个节点均强行绑定虚拟IP，导致不可预料的后果。
这时就需要设置仲裁，即每个节点必须判断自身的状态（应用服务状态及自身网络状态），要实现这两点可使用自定义shell脚本实现，通过周期性地检查自身应用服务状态，并不断ping网关（或其它可靠的参考IP）均可。当自身服务异常、或无法ping通网关，则认为自身出现故障，就应该移除掉虚拟IP(停止keepalived服务即可）。主要借助keepalived提供的vrrp_script及track_script实现：

在keepalived的配置文件最前面加入以下代码，定义一个跟踪脚本：
vrrp_script check_local { #定义一个名称为check_local的检查脚本

script "/usr/local/keepalived/bin/check_local.sh" #shell脚本的路径

interval 5 #运行间隔

}

再在vrrp_instance配置中加入以下代码使用上面定义的检测脚本：

track_script {

check_local

}

我们在/usr/local/keepalived/bin/check_local.sh定义的检测规则是：

1. 　自身web服务故障（超时，http返回状态不是200）

2. 无法ping通网关

3. 产生以上任何一个问题，均应该移除本机的虚拟IP(停止keepalived实例即可)

但这里有个小问题，如果本机或是网关偶尔出现一次故障，那么我们不能认为是服务故障。更好的做法是如果连续N次检测本机服务不正常或连接N次无法ping通网关，才认为是故障产生，才需要进行故障转移。另一方面，如果脚本检测到故障产生，并停止掉了keepalived服务，那么当故障恢复后，keepalived是无法自动恢复的。我觉得利用独立的脚本以秒级的间隔检查自身服务及网关连接性，再根据故障情况控制keepalived的运行或是停止。

这里提供一个思路，具体脚本内容请大家根据自己的需要编写即可。

如下图的案例：

假设节点A和B组成主备关系，A为备用节点，B为主节点，那么当在图标红叉位置发生网络故障时，节点A接收不到节点B的组播通知，将抢占虚拟IP。这时出现的后果就是节点Ａ和节点B均拥有虚拟IP，就可能导致了脑裂。所以我们以网关IP连通性作为参考，可避免此问题产生。

参考案例二：双主模式
主备模式的缺点就是始终只有一台机器位于工作状态，另外一台机器永远是备用状态，存在资源浪费之问题。

双主模式允许两台机器均处于工作状态并互相作为备份。

搭建keepalived双方模式的要素：

1. 　必须有两个虚拟IP, 分别绑定至两个节点上

2.　每个节点作为某个虚拟IP的主节点，并同时作为另外一个虚拟IP的备用节点。

3. 当某个节点产生故障时，两个虚拟IP自动绑定至正常节点上

参阅相关文章，这就相当于使用两台物理路由器(普通主机视为路由器即可)，构造出两个虚拟VRRP路由器。

也就是说，两个节点的配置应该是交叉的，对同个虚拟IP，交叉互为主备。

节点A的关键配置：
vrrp_instance vip1 {

state MASTER

interface eth0

virtual_router_id 51 #本机两个vrrp_instance组的此值不能相同，但对应备用节点的此值必须相同

priority 99 #对应备用节点值应该比此值小

advert_int 1

authentication {

auth_type PASS

auth_pass 1111

}

virtual_ipaddress {

192.168.100.1 /24

}

vrrp_instance vip2 {

state BACKUP

interface eth0

virtual_router_id 52 #本机两个vrrp_instance组的此值不能相同，但对应主节点的此值必须相同

priority 90 #主节点的值应该比此值大

advert_int 1

authentication {

auth_type PASS

auth_pass 1111

}

virtual_ipaddress {

192.168.100.2 /24

}

复制节点A的配置至B节点，并将MASTER修改为BACKUP, 同时将BACKUP修改为MASTER。优先级和虚拟路由器组id(virtual_route_id)要特别注意其它配置必须保持相同。

B节点的配置：
vrrp_instance vip1 {

state BACKUP

interface eth0

virtual_router_id 51

priority 90

advert_int 1

authentication {

auth_type PASS

auth_pass 1111

}

virtual_ipaddress {

192.168.100.1 /24

}

vrrp_instance vip2 {

state MASTER

interface eth0

virtual_router_id 52

priority 99

advert_int 1

authentication {

auth_type PASS

auth_pass 1111

}

virtual_ipaddress {

192.168.100.2 /24

}

另外，为了保证服务可靠性，我们应该在每个节点运行shell脚本检测本机的服务是否正常，一旦检测到服务异常时，停止掉本机的keepalived, 如此虚拟IP自动转移到备用机器之上，如每隔3秒检测一次本机服务状态，如果连接3次检测失败，则停止掉keepalived实例。同时如果本机服务是正常的，但是keepalived没有启动（故障恢复之后），则启动keepalived，以达到故障恢复之目的。

check_service.sh文件的内容

#!/bin/bash

pidfile=/var/lock/subsys/`basename $0`.pid

if [ -f $pidfile ] && [ -e /proc/`cat $pidfile` ] ; then

exit 1

trap "rm -fr $pidfile ; exit 0" 1 2 3 15

echo $$ > $pidfile

maxfails=3

fails=0

success=0

while [ 1 ]

/usr/bin/wget --timeout=3 --tries=1 http://127.0.0.1/ -q -O /dev/null

if [ $? -ne 0 ] ; then

let fails=$[$fails+1]

success=0

else

fails=0

let success=$[$success+1]

if [ $fails -ge $maxfails ] ; then

fails=0

success=0

#check keepalived is running ? try to stop it

service keepalived status | grep running

if [ $? -eq 0 ] ; then

logger -is "local service fails $maxfails times ... try to stop keepalived."

service keepalived stop 2>&1 | logger

if [ $success -gt $maxfails ] ; then

#check keepalived is stopped ? try to start it

service keepalived status | grep stopped

if [ $? -eq 0 ] ; then

logger -is "service changes normal, try to start keepalived ."

service keepalived start

success=0

sleep 3

done

两个节点上均应运行此脚本，请将此脚本加入到cron任务中（此程序已经作了单实例运行机制，加入计划任务的作用就是防止脚本意外中断后检测功能失效），可实现的功能：

如果本地服务连续三次检测失败，就尝试停止keepalived服务（如果keepalived处于运行状态）

如果本地服务连接三次检测成功，但keepalived没有启动，则启动之

关键的执行点，均已经记录到系统日志中（/var/log/messages）

执行crontab -e , 加入以下内容：
*/1 * * * * /root/check_service.sh

如果需要此脚本的原始文件，请联系笔者信箱zhangxugg@163.com。

停止掉本机的keepalived, 稍过一会，就会keepalived服务被自动启动了（这是因为本地服务检测正常）

停止掉本机的nginx, 稍过一会，就会发现keepalived服务也被停止掉了

再启动nginx, 稍过一会，发现keepalived也被正常启动，并绑定了正确的虚拟IP

我们可根据具体环境，将服务的检测功能强化（如检测到网关的连接性），以达到较好的故障转移效果。

posted @ 2016-10-17 13:52 bcombetter 阅读(343) 评论(0) 编辑收藏举报

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