keepalived基础知识详解

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录

• Keepalived介绍
• keepalived的组成
• Keepalived的功能
• (1) 高可用系统网络服务。
• (2) 实现对LVS集群中各RealServer的健康状态进行检测。
• (3) 管理LVS负载均衡软件。
• Keepalived工作原理
• VRRP工作原理
• Keepalived工作原理
• Keepalived的组件框架

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。