1.概述

  • keepalived起初是为LVS设计的，专门用来监控集群系统中各个服务节点的状态，他根据TCP/IP参考模型的第三、第四层、第五层交换机制检测每个服务节点的状态，如果某个服务器节点出现异常，或者工作出现故障，Keepalived将检测到，并将出现的故障的服务器节点从集群系统中剔除，这些工作全部是自动完成的，不需要人工干涉，需要人工完成的只是修复出现故障的服务节点。
  • 后来Keepalived又加入了VRRP的功能，VRRP（VritrualRouterRedundancyProtocol,虚拟路由冗余协议)出现的目的是解决静态路由出现的单点故障问题，通过VRRP可以实现网络不间断稳定运行，因此Keepalvied一方面具有服务器状态检测和故障隔离功能，另外一方面也有HAcluster功能。
  • 健康检查和失败切换是keepalived的两大核心功能。所谓的健康检查，就是采用tcp三次握手，icmp请求，http请求，udp echo请求等方式对负载均衡器后面的实际的服务器(通常是承载真实业务的服务器)进行保活；而失败切换主要是应用于配置了主备模式的负载均衡器，利用VRRP维持主备负载均衡器的心跳，当主负载均衡器出现问题时，由备负载均衡器承载对应的业务，从而在最大限度上减少流量损失，并提供服务的稳定性。

官网：https://keepalived.org/ 功能：

  • 基于vrrp协议来完成实现地址的漂移；
  • 在VIP地址所在的节点生成IPVS的规则（需要在配置文件中预先定义好）；
  • 可以为IPVS集群中的每个RS服务器做健康性检查；（keepalived可以搭配LVS、haproxy等服务成为黄金搭档）
  • 还可以基于脚本调用来完成脚本中定义中的功能，进而影响集群的事务，这个功能支持nginx、haproxy等服务。

2.工作原理及技术架构

2.1 Keepalived体系结构

Keepalived 起初是为LVS设计的，由与Keeplalived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当中IPVS模块是可配置的，如果需要负载均衡功能，可以在编译Keepalived时开打负载均衡功能，也可以通过编译参数关闭。 image.png 官方文档：

https://keepalived.org/doc/
https://keepalived.org/manpage.html

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：邮件组件 IPVS wrapper：生成IPVS规则 Netlink Reflector：网络接口

WatchDog：监控进程

  • 控制组件：提供keepalived.conf 的解析器，完成Keepalived配置
  • IO复用器：针对网络目的而优化的自己的线程抽象
  • 内存管理组件：为某些通用的内存管理功能（例如分配，重新分配，发布等）提供访问权限

2.2 VRRP协议

1、在网络中，主机之间的通信都是通过配置静态路由或者(默认网关)来完成的，而主机之间的路由器一旦发生故障，服务就会中断，因此这种通信模式当中，路由器就成了一个单点瓶颈，为了解决这个问题，就引入了VRRP协议。

2、VRRP协议是一种容错的主备模式的协议，保证当主机的下一跳路由出现故障时，由另一台路由器来代替出现故障的路由器进行工作，通过VRRP可以在网络发生故障时透明的进行设备切换而不影响主机之间的数据通信。

3、VRRP是通过一种竞选协议机制来将路由任务交给某台VRRP路由器的。

4、工作时主节点发包，备节点接包，当备节点接收不到主节点发的数据包的时候，就启动接管程序接管主节点的资源。备节点可以有多个，通过优先级竞选，但一般Keepalived系统运维工作中都是一对。

5、VRRP路由器在运行中有三种状态：Initialize状态、 Master状态、Backup状态，一般主路由器处于Master状态，备份路由器处于Backup状态。

6、VRRP选举机制

  • VRRP组中IP拥有者。如果虚拟IP地址与VRRP组中的某台VRRP路由器IP地址相同，则此路由器为IP地址拥有者，这台路由器将被定位主路由器。
  • 比较优先级。如果没有IP地址拥有者，则比较路由器的优先级，优先级的范围是0~255，优先级大的作为主路由器
  • 比较IP地址。在没有Ip地址拥有者和优先级相同的情况下，IP地址大的作为主路由器。

2.3 三种状态监测方式

  • 基于四层的传输端口做状态监测，此检测为默认方式。
  • 基于指定的URI来做状态监测，不过需要访问整个页面资源，整个比较占带宽。
  • 基于指定的URI的request请求头部的内容做状态监测，占用的带宽较少,比较建议使用此方式来做监测

2.4 keepalived的工作原理

1、Keepalived高可用集群之间是通过VRRP进行通信的，VRRP是通过竞选机制来确定主备的，主的优先级高于备，因此，工作时主会优先获得所有的资源，备节点处于等待状态，当主挂了的时候，备节点就会接管主节点的资源，然后顶替主节点对外提供服务。

2、在Keepalived服务之间，只有作为主的服务器会一直发送VRRP广播包，告诉备它还活着，此时备不会抢占主，当主不可用时，即备监听不到主发送的广播包时，就会启动相关服务接管资源，保证业务的连续性。接管速度最快可以小于1秒。

2.5 补充的内容

出现脑裂的原因：

  • 高可用服务器对之间心跳线链路发生故障，导致无法正常通信。
  • 因心跳线坏了（包括断了，老化）。
  • 因网卡及相关驱动坏了，ip配置及冲突问题（网卡直连）
  • 因心跳线间连接的设备故障（网卡及交换机）
  • 因仲裁的机器出问题（采用仲裁的方案）
  • 高可用服务器上开启了 iptables防火墙阻挡了心跳消息传输。
  • 高可用服务器上心跳网卡地址等信息配置不正确，导致发送心跳失败
  • 其他服务配置不当等原因，如心跳方式不同，心跳广插冲突、软件Bug等。

如何解决脑裂：

  • 同时使用串行电缆和以太网电缆连接，同时用两条心跳线路，这样一条线路坏了，另一个还是好的，依然能传送心跳消息。
  • 当检测到裂脑时强行关闭一个心跳节点（这个功能需特殊设备支持，如Stonith、feyce）。相当于备节点接收不到心跳消患，通过单独的线路发送关机命令关闭主节点的电源。
  • 做好对裂脑的监控报警（如邮件及手机短信等或值班）.在问题发生时人为第一时间介入仲裁，降低损失。
  • 管理员可以通过手机回复对应数字或简单的字符串操作返回给服务器.让服务器根据指令自动处理相应故障这样解决故障的时间更短。