Nginx&&Keepalived（一）Keepalived介绍

蔚落 2022-12-01 14:16 186阅读 0赞

一、介绍：用nginx做负载均衡，作为架构的最前端或中间层，随着日益增长的访问量，需要给负载均衡做高可用架构，利用keepalived解决单点风险，一旦 nginx宕机能快速切换到备份服务器，可以理解为nginx的多节点实现。目前主流实现web网站及数据库服务高可用软件包括：keepalived、heartbeat、corosync,cman;高可用简称HA；

1、keepalived主要功能：对RealServer进行健康状态检查，支持3层、4层、7层协议进行健康检查；并支持VRRP冗余协议，所以keepalived两个功能是监控检查，VRRP冗余协议；

2、keepalived的作用：检查web服务器的状态，如果有一台web服务器/mysql服务器宕机或故障，keepalived将故障节点从系统中剔除，当故障恢复的时候自动加入服务器集群中，非常智能化，只需要手动修复坏的节点即可。

3、keepalived的layer3、4、7层分别是IP层、传输层、应用层的实现原理如下：

1）、layer3：keepalived定期向集群中服务器发送ICMP的包，如果发现哪台ping不通，便报告这台服务器失效，并将其剔除集群；（判断标准为IP是否有效）

2）、layer4：主要以TCP端口（也可以是udp）状态来决定服务器工作是否正常，如web服务器的80端口如果没有工作，则将其剔除集群（判断标准为端口）

3）、layer7：应用层，keepalived将根据用户的设定，检查服务器程序的运行是否正常，如果不是设定值，则将其剔除集群（判断标准为程序是否正常）

4、keepalived原理：

1）VRRP（虚拟路由冗余协议）最早是为了解决网关的点单故障的路由协议,在主机上如何选定到达目的的下一跳路由，这个问题通常解决方案是，动态路由协议RIP，OSPF；再有就是静态路由协议，主机中实现动态路由协议非常不实际，管理，开销，维护等诸多问题，因此通常是配置静态路由协议，但是路由器或网管就经常出现单点，VRRP就是解决此静态路由单点问题，VRRP通过竞选协议来动态交给LAN中的虚拟路由器中的某台VRRP路由器。

2）VRRP虚拟路由器集群中，由多台物理机组成，但是并不是同时工作，而是由master负载路由工作，其他都是backup，master也不是一成不变，VRRP会让每个VRRP路由参与竞选最终优先的就是master，master的特权是拥有虚拟路由器的IP地址，即VIP，负责转发给网关地址的包和响应ARP请求。

3）VRRP通过竞选来实现虚拟路由器的功能，所有协议报文都是通过IP多播包（多播地址224.0.0.18）发送的，虚拟路由器有VRID（0~255）和一组IP地址组成，对外表现为一个mac地址，所以一组虚拟路由器集群中，不管谁是master，对外都是一个相同mac和VIP，客户端没有感知，master的VRRP路由器会一直发送VRRP广播包，backup不会抢占master，除非优先级（priority）更高，当master不可用时（backup收不到广播包），多台backup中优先级最高的这台会抢占master，抢占是非常快速的，并且VRRP包还使用了加密协议进行传输；keepalived基于VRRP将两台主机当做路由器，组成虚拟路由器集群，master高的主机产生VIP，该VIP负责转发用户发起的IP包或请求。

5、keepalive架构模型：一个父进程两个子进程

![5319cf7fa7c8f1d3a4113decba8e0068.png][]

为了确保健壮及稳定性，守护进程被分为3个不同的进程，父进程负责fork和监控子进程，因此父进程也称为watchdog，凉饿子进程，一个负责VRRP，另一个负责健康检查，每个进程都有自己的I/O多路复用器，这样可以优化VRRP调度抖动，因为VRRP比健康检查更重要，两个子进程开启本地套接字Unix Domain Socket，当keepalive启动后，父进程通过unix domain socket每隔5s发送一个hello消息给子进程，如果父进程无法发送消息给子进程，将认为子进程出现问题，于是重启子进程。watchdog这种设计的两个好处是，第一父进程发送给远程子进程的hello数据包是通过I/O多路复用程序完成的，这样他就可以在子调度框架中检测死循环，第二是使用sysV信号检测dead children。

![e60af50752c12c8901fc869cba642dc3.gif][]![e60af50752c12c8901fc869cba642dc3.gif][]

解释：（1）0userspace  用户空间；kernelspace 内核空间

（2）checker组件：负责RS健康状态检查，并在LVS拓扑中移除、添加，支持layer3/4/7的协议检查，该组件使用独立的子进程负责，但被父进程监控。这个组件就是实现健康检查（TCP\\HTTP\\SSL\\MISC......）

（3）VRRP stack：提供director的故障转移功能从而实现director的高可用，该组件可独立提供功能，无需LVS支持，也是独立的子进程负责，父进程监控，vrrp stact就是vrrp的实现,比如vrrp协议调用。

（4）system call组件：提供抓取自定义脚本的功能，该组件在使用时，将临时产生一个子进程来执行任务，支持系统调用机制，做出管理操作。

（5）IPVS wrapper组件：负责将配置文件中IPVS相关规则发送到内核的IPVS模块，就是生产ipvs规则的。

（6）netlink reflector：用来设定，监控vrrp的vip地址，负责交互，VRRP借助于netlink健康网络，实现网络功能配置。

（7）schedule-I/O Multiplexer：并发控制。

（8）memory mngt：内存管理。

（9）control plane configuration file parser：配置文件，分析的主控工具。

（10）watch dog：可以理解为高可用监视器。

6、实例：如现有服务my-service-demo，希望实现高可用和负载均衡：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dfdF95X3k_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

首先，my-service-demo服务部署在两台机器上，通过nginx去代理这两个节点，负载均衡就实现了。如果只有一个nginx，这台nginx机器一旦宕机，访问nginx会报错。这时候在另外一台机器nginx2上也安装nginx，并配置同样的代理，可以解决上述问题，但是暴露给用户的只有一个域名（或ip），不可能给用户提供两个域名，域名1（nginx机器1）访问不了了再让用户访问域名2（nginx机器2），这时候就可以使用keepalived将nginx机器1和nginx机器2封装成一个Vritrual IP（虚拟ip），vip的主机宕机了可以自动切到备用机器上，把这个虚拟ip暴露给用户实现高可用。

案例1：前后端分离项目，后端地址在nginx中做负载均衡代理，前端访问upstream代理的域名，再由一个虚拟ip代理前端页面实现高可用，部署图：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dfdF95X3k_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

案例2：再如mysql配置主从数据库，主库可写，从库只读。项目里面需要配置主库的地址，如果主库挂了，从库切为主库，则需要改代码配置，并且需要重启项目比较麻烦。这时候可以把主从库绑定成一个vip提供给项目连接。如果主从库切换，只需要改动keepalived的配置，不需要改代码。

二、Keepalived下载与安装（linux环境）：

方法一：yum方式

1、yum安装：

安装依赖包
    [root@localhost ~]# yum install -y curl gcc openssl-devel libnl3-devel net-snmp-devel
    [root@localhost ~]# yum install -y keepalived

2、初始化及启动：

[root@localhost ~]# systemctl start keepalived   //启动keepalived
    [root@localhost ~]# systemctl enable keepalived  //加入开机启动keepalived
    [root@localhost ~]# systemctl restart keepalived  //重新启动keepalived
    [root@localhost ~]# systemctl status keepalived   //查看keepalived状态

方法二：源码包

1、官网[下载keepalived][keepalived]的最新版本，解压并安装：

[root@master src]# pwd
    /usr/local/src
    [root@master src]# wget http://www.keepalived.org/software/keepalived-2.0.7.tar.gz
    [root@master src]# tar xvf keepalived-2.0.7.tar.gz
    [root@master src]# cd keepalived-2.0.7
    [root@master keepalived-2.0.7]# ./configure --prefix=/usr/local/keepalived
    [root@master keepalived-2.0.7]# make && make install

完成后会在以下路径生成：

/usr/local/keepalived/etc/keepalived/keepalived.conf
    /usr/local/keepalived/etc/sysconfig/keepalived
    /usr/local/keepalived/sbin/keepalived

2、初始化及启动：依次执行以下命令

# keepalived启动脚本变量引用文件，默认文件路径是/etc/sysconfig/，也可以不做软链接，直接修改启动脚本中文件路径即可（安装目录下）
    [root@localhost /]# cp /usr/local/keepalived/etc/sysconfig/keepalived  /etc/sysconfig/keepalived 
     
    # 将keepalived主程序加入到环境变量（安装目录下）
    [root@localhost /]# cp /usr/local/keepalived/sbin/keepalived /usr/sbin/keepalived
     
    # keepalived启动脚本（源码目录下），放到/etc/init.d/目录下就可以使用service命令便捷调用
    [root@localhost /]# cp /usr/local/src/keepalived-2.0.7/keepalived/etc/init.d/keepalived  /etc/init.d/keepalived
     
    # 将配置文件放到默认路径下
    [root@localhost /]# mkdir /etc/keepalived
    [root@localhost /]# cp /usr/local/keepalived/etc/keepalived/keepalived.conf /etc/keepalived/keepalived.conf

最后执行启动、关闭、重启命令：service keepalived start|stop|restart

![20200828105853506.png][]

三、Keepalived配置文件：安装后默认配置文件：

! 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
       vrrp_skip_check_adv_addr
       vrrp_strict
       vrrp_garp_interval 0
       vrrp_gna_interval 0
    }
    
    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 {
            192.168.200.16
            192.168.200.17
            192.168.200.18
        }
    }
    
    virtual_server 192.168.200.100 443 {
        delay_loop 6
        lb_algo rr
        lb_kind NAT
        persistence_timeout 50
        protocol TCP
    
        real_server 192.168.201.100 443 {
            weight 1
            SSL_GET {
                url {
                  path /
                  digest ff20ad2481f97b1754ef3e12ecd3a9cc
                }
                url {
                  path /mrtg/
                  digest 9b3a0c85a887a256d6939da88aabd8cd
                }
                connect_timeout 3
                retry 3
                delay_before_retry 3
            }
        }
    }
    
    virtual_server 10.10.10.2 1358 {
        delay_loop 6
        lb_algo rr
        lb_kind NAT
        persistence_timeout 50
        protocol TCP
    
        sorry_server 192.168.200.200 1358
    
        real_server 192.168.200.2 1358 {
            weight 1
            HTTP_GET {
                url {
                  path /testurl/test.jsp
                  digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d
                }
                url {
                  path /testurl2/test.jsp
                  digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d
                }
                url {
                  path /testurl3/test.jsp
                  digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d
                }
                connect_timeout 3
                retry 3
                delay_before_retry 3
            }
        }
    
        real_server 192.168.200.3 1358 {
            weight 1
            HTTP_GET {
                url {
                  path /testurl/test.jsp
                  digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334c
                }
                url {
                  path /testurl2/test.jsp
                  digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334c
                }
                connect_timeout 3
                retry 3
                delay_before_retry 3
            }
        }
    }
    
    virtual_server 10.10.10.3 1358 {
        delay_loop 3
        lb_algo rr
        lb_kind NAT
        persistence_timeout 50
        protocol TCP
    
        real_server 192.168.200.4 1358 {
            weight 1
            HTTP_GET {
                url {
                  path /testurl/test.jsp
                  digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d
                }
                url {
                  path /testurl2/test.jsp
                  digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d
                }
                url {
                  path /testurl3/test.jsp
                  digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d
                }
                connect_timeout 3
                retry 3
                delay_before_retry 3
            }
        }
    
        real_server 192.168.200.5 1358 {
            weight 1
            HTTP_GET {
                url {
                  path /testurl/test.jsp
                  digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d
                }
                url {
                  path /testurl2/test.jsp
                  digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d
                }
                url {
                  path /testurl3/test.jsp
                  digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d
                }
                connect_timeout 3
                retry 3
                delay_before_retry 3
            }
        }
    }

[5319cf7fa7c8f1d3a4113decba8e0068.png]: /images/20221123/2c677b14f2234707b44e6f61a3181c13.png
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[keepalived]: http://www.keepalived.org/download.html
[20200828105853506.png]: /images/20221123/adffa618c5694d85bdf06c4a94f4653b.png