高可用软件阐述

　　

　　

　　在高可用软件领域，我们可能经常会听说Heartbeat、Corosync、Pacemaker、keepalived等软件。经常有人问，Heartbeat、Corosync、Keepalived这三个集群组件，我们该选哪个？ 　　

　　

　　首先我想说明一下，Heartbeat和Corosync是一个类型的。Keepalived和Heartbeat、Corosync根本不是一个类型。Keepalived使用的vrrp协议方式，虚拟路由器冗余协议(VRRP)；Heartbeat或Corosync是基于主机或网络服务的高可用方式； 　　

　　

　　简单来说，Keepalived的目的是模拟路由器的高可用，Heartbeat或Corosync的目的是实现服务的高可用。所以一般来说，Keepalived是为了实现高前端可用性，常用的高前端可用性组合有LVS Keepalived、Nginx Keepalived、HAproxy Keepalived。而Heartbeat或Corosync则是服务的高可用性，常见的组合有heart beat v3(Corosync)pacemaker NFS httpd实现Web服务器的高可用性和heart beat v3(Corosync)pacemaker NFS MySQL实现MySQL服务器的高可用性。 　　

　　

　　总结一下，Keepalived中实现轻量级的高可用，一般用于前端高可用，且不需要共享存储，一般常用于两个节点的高可用。而Heartbeat(或Corosync)一般用于服务的高可用，且需要共享存储，一般用于多节点的高可用。 　　

　　

　　下面主要介绍keepalived。 　　

　　

　　

Keepalived详解

　　

　　

　　Keepalived是什么？ 　　

　　

　　Keepalived是集群管理中的服务软件，用于确保集群的高可用性，防止单点故障。Keepalived最初是为LVS调度节点的高可用性而设计的，专门用于监控集群系统中每个服务节点的状态。如果某个服务节点出现异常或出现故障，Keepalived会检测到它，并从集群系统中删除故障服务节点，也就是说，它会监控LVS后端realserver的健康状态。当故障节点恢复正常时，Keepalived可以自动重新加入服务器群集中的该服务节点。所有这些任务都是自动完成的，无需人工干预。所有需要手动完成的工作就是修复失败的服务节点。 　　

　　

　　Keepalived后来实现了VRRP协议的功能，基于VRRP协议的LVS服务高可用方案可以用来避免单点故障。LVS服务将有两台运行Keepalived的服务器，一台是主服务器，另一台是备份服务器，但它显示为虚拟IP。主服务器将向备份服务器发送特定的消息。当备份服务器接收不到此消息时，即主服务器宕机时，备份服务器将接管虚拟IP，继续提供服务，从而保证高可用性。Keepalived是VRRP的完美实现，所以在介绍Keepalived之前，请先介绍一下VRRP的原理。 　　

　　

　　

VRRP工作机制

　　

　　

　　首先看两个概念：VRRP路由器和VRRP虚拟路由器。 　　

　　

　　1. VRRP路由器 　　

　　

　　它是一个物理路由器，但它运行由VRRP协议实现的程序。一个VRRP物理路由器可以位于多个虚拟路由器中。 　　

　　

　　2 .VRRP虚拟路由器 　　

　　

　　虚拟是指它实际上并不存在。虚拟路由器通常以某种方式由许多物理VRRP路由器组成，就像这些物理路由器被扔进一个池中一样。整个池在外面看起来像一个路由器，但实际上内部有许多虚拟路由器。 　　

　　

　　然后看看VRRP的工作机制？ 　　

　　

　　VRRP代表虚拟路由器冗余协议，即虚拟路由冗余协议。可以认为是实现路由器高可用性的协议，目的是解决静态路由的单点故障。VRRP通过竞选协议将路由任务动态移交给局域网中虚拟路由器的VRRP路由器。提供相同功能的n个路由器组成一个路由器组。该组中有一个主备份和多个备份。主有一个提供对外服务的vip(路由器所在局域网内其他机器的默认路由就是这个vip)。主设备将发送多播。当备份不能接收到vrrp包时，认为主服务器宕机。此时，需要根据VRRP的优先级选举一个备份作为主设备。这样就可以保证路由器的高可用性。Keepalived巧妙地利用VRRP协议来实现高可用性(HA)。 　　

　　

　　VRRP的所有协议报文都以IP组播包的形式发送(组播地址224.0.0.18)。虚拟路由器由一个VRID(范围0-255)和一组IP地址组成，在外部表现为一个众所周知的MAC地址。所以，在一个虚拟路由器中，无论谁是主，对外都是一样的。 　　

MAC和IP(称之为VIP)。客户端主机并不需要因为MASTER的改变而修改自己的路由配置，对客户端来说，这种主从的切换是透明的。

　　

在一个虚拟路由器中，只有作为MASTER的VRRP路由器会一直发送VRRP通告信息(VRRPAdvertisement message)，BACKUP不会抢占MASTER，除非它的优先级(priority)更高。当MASTER不可用时(BACKUP收不到通告信息)， 多台BACKUP中优先级最高的这台会被抢占为MASTER。这种抢占是非常快速的(<1s)，以保证服务的连续性。由于安全性考虑，VRRP包使用了加密协议进行加密。

　　

VRRP工作流程？

　　

1) 初始化

　　

路由器启动时，如果路由器的优先级是255(最高优先级，路由器拥有路由器地址)，要发送VRRP通告信息，并发送广播ARP信息通告路由器IP地址对应的MAC地址为路由虚拟MAC，设置通告信息定时器准备定时发送VRRP通告信息，转为MASTER状态；否则进入BACKUP状态，设置定时器检查定时检查是否收到MASTER的通告信息。

　　

2) Master

　　

设置定时通告定时器；用VRRP虚拟MAC地址响应路由器IP地址的ARP请求；转发目的MAC是VRRP虚拟MAC的数据包；如果是虚拟路由器IP的拥有者，将接受目的地址是虚拟路由器IP的数据包，否则丢弃；当收到shutdown的事件时删除定时通告定时器，发送优先权级为0的通告包，转初始化状态；如果定时通告定时器超时时，发送VRRP通告信息；收到VRRP通告信息时，如果优先权为0，发送VRRP通告信息；否则判断数据的优先级是否高于本机，或相等而且实际IP地址大于本地实际IP，设置定时通告定时器，复位主机超时定时器，转BACKUP状态；否则的话，丢弃该通告包；3）Backup

　　

设置主机超时定时器；不能响应针对虚拟路由器IP的ARP请求信息；丢弃所有目的MAC地址是虚拟路由器MAC地址的数据包；不接受目的是虚拟路由器IP的所有数据包；当收到shutdown的事件时删除主机超时定时器，转初始化状态；主机超时定时器超时的时候，发送VRRP通告信息，广播ARP地址信息，转MASTER状态；收到VRRP通告信息时，如果优先权为0，表示进入MASTER选举；否则判断数据的优先级是否高于本机，如果高的话承认MASTER有效，复位主机超时定时器；否则的话，丢弃该通告包；VRRP ARP查询处理？

　　

当内部主机通过ARP查询虚拟路由器IP地址对应的MAC地址时，MASTER路由器回复的MAC地址为虚拟的VRRP的MAC地址，而不是实际网卡的 MAC地址，这样在路由器切换时让内网机器觉察不到；而在路由器重新启动时，不能主动发送本机网卡的实际MAC地址。如果虚拟路由器开启的ARP代理 (proxy_arp)功能，代理的ARP回应也回应VRRP虚拟MAC地址。

　　

keepalived架构

　　

keepalived也是模块化设计不同模块负责不同的功能，下面是keepalived的相关模块：core、check、vrrp、libipfwc、libipvs-2.4、libipvs-2.6。

　　

core：是keepalived的核心，负责主进程的启动和维护及全局配置文件的加载解析等。

　　

check：负责healthchecker(健康检查)，包括了各种健康检查方式以及对应的配置的解析（包括LVS的配置解析）。

　　

vrrp：VRRPD子进程就是来实现VRRP协议的。

　　

libipfwc：liipfwc库是配置LVS时会用到的。

　　

libipvs*：配置LVS时会用到。

　　

PS：注意keepalived和LVS完全是两码事只不过他们各负其责相互配合而已。

　　

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