keepalived基础知识详解

Java工具 潘老师 1个月前 (08-17) 32 ℃ (0) 扫码查看

Keepalived介绍

Keepalived是VRRP协议的实现,原生设计目的是高可用IPVS服务。此外,Keepalived能够根据配置文件的规则生成IPVS规则,并能够对各RealServer的健康状态进行检测。

Keepalived的高可用功能是通过VRRP协议实现的,VRRP是Virtual Router Redundancy Protocol(虚拟路由器冗余协议)的缩写。VRRP的出现是为了解决静态路由单点故障的问题,当某一节点出现故障时,可以防止导致整个网络不可用。Keepalived除了可以高可用LVS之外,还可以作为其他系统网络服务(Nginx、Haproxy等)的高可用解决方案(Keepalived可通过调用vrrp_script来高可用其它服务,并通过调用vrrp_track来追踪每一个服务)。

keepalived的组成

keepalived就是vrrp协议在Linux主机上,以守护进程方式运行的实现,其能够根据配置文件,自动生成IPVS规则,并且还可以对各RS做健康状态检测

1、核心组件

  • vrrp stack:vrrp协议实现的核心
  • ipvs wrapper:为集群中的节点生成ipvs规则
  • checkers:为ipvs集群内的各主机做健康状态检测

2、控制组件:实现keepalived配置文件的分析、加载
3、IO复用器
4、内存管理组件:管理高可用时的内存空间占用

Keepalived的功能

Keepalived有三个重要功能,如下。

(1) 高可用系统网络服务。

Keepalived可以实现在两台或多台主机之间的故障切换转移。如果在两台主机中都安装了Keepalived,当正常工作时,有一台主机工作为Master角色,另一台主机工作为Backup角色。角色为Master的主机获得所有资源(VIP资源、服务资源)并向用户提供服务,角色为Backup的主机不提供服务而仅作为Master主机的热备。当角色为Master的主机出现故障时,角色为Backup的主机将自动接管Master主机的所有资源(VIP资源、服务资源)并开始工作。当Master主机故障修复完成时,将重新接管原来的资源和工作,而Backup主机则释放Master主机故障时它接管的资源和工作,各自恢复原来的角色。

(2) 实现对LVS集群中各RealServer的健康状态进行检测。

Keepalived可以通过在自身配置文件keepalived.conf中配置LVS集群服务中各台RealServer的IP地址和相关参数,并可以通过网络层、传输层和应用层这三层进行探测各RealServer的健康状态。当有一台或多台RealServer出现故障而无法提供服务时,Keepalived服务可以把出现故障的RealServer从LVS的正常转发队列中移除,保证不影响用户的访问。而当有RealServer故障修复完成时,Keepalived服务可以将其重新加入LVS的正常转发队列中,向用户提供服务。

(3) 管理LVS负载均衡软件。

Keepalived可以读取配置文件,并通过一个更为底层的接口来管理IPVS并生成IPVS规则,这使得LVS的使用更为方便。

Keepalived工作原理

前面提到,Keepalived的高可用功能是通过VRRP协议实现的,要了解Keepalived的工作原理,需要先了解VRRP协议的工作原理。

VRRP工作原理

VRRP,是Virtual Router Redundancy Protocol的缩写,中文名为虚拟路由器冗余协议。VRRP的出现是为了解决静态路由的单点故障问题,早期应用于交换机、路由器等设备中。VRRP协议是通过竞选机制来实现将路由任务交给某一台VRRP路由器的。

在一组VRRP路由器中,可以有多台物理路由器,但只有一台称为Master的路由器负责路由任务(响应ARP请求、转发发送给网关的数据包),而其他路由器都是Backup角色。Master和Backup是通过竞选机制选举出来的,这种竞选机制是根据优先级的高低来选举,在这一组VRRP路由器中优先级最高的路由器就是Master,其他路由器为Backup。Master路由器需要基于IP组播(默认组播地址为224.0.0.18)的方式发送心跳消息给其它的Backup路由器,告诉其它路由器自己还活着,同时告知Master自己的优先级。而当Master路由器发生故障时,就没法发送心跳消息,这样Backup路由器就检测不到Master的心跳消息了,这时多台Backup路由器就会再通过同样的竞选机制,选举出优先级最高的一台作为新的Master路由器,并接管路由任务(响应ARP请求、转发发送给网关的数据包)。

虚拟路由器由VRID(虚拟路由器标识,0-255),对外部则表现为一个VMAC(Virtual MAC)地址:00-00-5E-00-01-{VRID}和一个VIP(Virtual IP)。

Keepalived工作原理

Keepalived服务的高可用对之间的通信是基于VRRP协议进行通信的,VRRP是通过竞选机制来确定主、备节点的,主节点的优先级高于备节点。当Keepalived服务正常工作时,主Master节点接管IP资源和服务资源,向用户提供服务,并不断地向备Backup节点发送心跳消息(以组播的方式),用以告知备节点自己还活着,而备节点收到心跳消息后,一方面得知主节点还活着,另一方面得知主节点的优先级仍高于自己,因此不敢“犯上”。当主Master节点出现故障时,就无法发送心跳消息,所以备Backup节点就收不到主节点发来的心跳消息,这时所有备节点就会再此互相发送协议报文进行协商(再次进行竞选),各备节点将自己的优先级通告给所有其他备节点,最后优先级高的备节点则为新的主Master节点,由其调用自身的接管程序接管之前主节点的IP资源和服务资源,向用户提供服务。当先前的主Master节点故障修复完成时,则会再次接管IP资源和服务资源(如果Keepalived工作于抢占模式的话),继续向用户提供服务,而后来接管IP资源和服务资源的备Backup节点会释放接管的资源,再次成为备节点。

导致主、备节点切换的原因不仅仅是主节点发生了故障,也有可能是主Master节点被人为降低优先级(降到比备节点还低),这时备Backup节点会发现主节点的优先级比自己还低,同样会抢占资源并成为主节点。

前面提到,Keepalived主要由三个功能,此处介绍的原理只是其中之一,另外两个功能较为简单,其原理可以参考前面第三点。

Keepalived的组件框架

Keepalived的框架可以参考下图(图片来自Keepalived官网)。
Keepalived的组件框架
Keepalived的组件有控制组件(配置文件分析器)、内存管理、I/O复用和核心组件。其中,核心组件包括VRRP Stack、Checkers、IPVS wrapper、WatchDog和SMTP等,各部分功能如下。

1)VRRP Stac是VRRP协议的实现,能够实现Keepalived的高可用性。

2)Checkers 能够基于网络层(IP)、传输层(TCP)、应用层(HTTP、SSL等)对RealServer进行健康状态检查。

3)IPVS Checkers 根据配置文件生成IPVS规则并送往IPVS使之生效。

4)WatchDog 用于监控VRRP Stack和Checkers这两个Keepalived关键组件是否正常工作。

5)SMTP 是一个SMTP接口,主要用于当VRRP Stack中发生地址流动时,或者当Checkers发现服务上下线并增删服务节点时,能够以邮件方式通知管理员。

以上就是keepalived基础知识详解内容。


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