高可用集群-keepalived

一、高可用集群的基本理论

1.基本概念

①：单点故障（Single Point of Failure）

硬件故障：设计缺陷、wear out（损耗）、自然灾害……

软件故障：设计缺陷 bug

②：健康状态监测

监测手段：基于协议层次监测 ip--->icmp

传输层 nmap......

应用层：获取关键性资源（力度精细，效率低）

监测频次：

状态判断：下线 ok--->fail--->fail--->fail

上线 fail---->ok---->ok

监测过于频繁就会消耗CPU内存资源

back server：

③：系统可用性

SLA：Service-Level Agreement 服务等级协议（提供服务的企业与客户之间就服务的品质、水准、性能等方面所达成的双方共同认可的协议或契约）

指标：99.9%, 99.99%, 99.999%,99.9999%

2.keepalive理论介绍

在高可用集群解决方案中，keepalived属于最为流行，轻量化的HA解决方案，需要经常辅助脚本进行运行工作。

HA解决方案：keepalived heartbeat corosync cman

高可用：active/backup 主节点和备节点，在主节点出现故障，能自动切换到备节点。

优点：轻量级、vrrp协议、基于脚本、可以实现指标99.9%, 99.99%, 99.999%,99.9999%。

高可用思路：①为了实现高可用，需要配置VIP，提供同一个访问接口地址。

②主节点出现故障，备节点必须第一时间将VIP抢占过来，备节点必须时刻监控主节点的健康状态。

③若不是负载均衡调度器，还需考虑共享资源的安全转移，而不仅仅是VIP。

④若主节点健康并恢复服务，备节点需要将VIP还给主节点。

⑤主节点需要定时向备节点通知自己的健康状态，让备节点实时了解主节点健康状态。

⑥主节点、备节点包括整个网络架构时间必须是精确同步，需要基于ntp服务进行同步时间。

原理：在网络中，是以vip方式做的，它不会针对性去找ip地址；只会以组播方式，keepalived一旦形成，就会产生一个vrrp实例组，基于发组播的方式监测实例状态；组播ip范围为D类地址

【注】：①如果两台服务器上同时有VIP,这种现象被称为脑裂。实战中只有一个vip,一旦发生单点故障就会进行迁移。

②nfs发生单点故障时，迁移时需要进行共享数据迁移；nfs需要基于keepalived 实现高可用:rsync_inotify、sernc；MySQL：pxc、MHA）

VRRP协议

VRRP协议：虚拟路由冗余协议

是针对路由器冗余的一种解决方案，目的是为了解决局域网中配置默认网关的单点失效问题，由于网关IP地址为唯一，将多个路由抽象为一个虚拟路由，使用一个IP地址。此IP地址不是物理IP地址，而是虚拟的IP地址，即VIP。在某个路由器出现故障情况下，不影响正常的路由工作。

VRRP说白了就是实现IP地址漂移的，是一种容错协议

keepalived高可用核心就是基于VRRP协议来实现

Keepalive架构体系

在Linux主机上以守护进程方式的实现

Keepalive架构体系图

原理：通过监测TCP（四层）、七层（Http）、加密协议（SSl）等，一旦发现不健康，就会发起系统调用system call或者发送邮件SMTP,通知vrrp stack 协议栈，进行vip抢占。而vrrp协议栈，和checkers（健康状态监测机制）是两个独立的机制，需要WatchDog进行看管

Keepalived是怎么样的架构体系：

Keepalived的架构体系是复杂的，我个人认为最核心的就是vrrp stack,它就是实现vrrp网络迁移的，但是为了实现vrrp网络迁移，我们要对它进行健康状态监测机制，这就是它内部核心模块checkers实现tcp、http、ssl、misc等等相关的状态监测机制；而它同时也会关联到IPVS wrapper实现IPVS内核模块的编写，从而实现lVS功能；同时健康状态监测机制要想关联vrrp协议栈，需要进行系统调用或者发送邮件的方式进行关联；另外万维组件就是Keepalived实现的I/O复用，包括内存管理单元、如何加载配置文件实现Keepalived的一些基本功能

用户空间核心组件：

vrrp stack：VIP消息通告，核心组件,实现vrrp功能，实现vip漂移

checkers：健康状态监测 Real Server，可以基于四层、七层、加密协议SSl

https://keepalived.org/doc/

http://keepalived.org/documentation.html

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（Control Plane）：提供keepalived.conf 的解析器，完成Keepalived配置

IO复用器（Scheduler-I/O）：针对网络目的而优化的自己的线程抽象