【云原生】高可用集群KEEPALIVED(理论篇)

一、高可用集群

1.1 集群类型

  • LB:Load Balance 负载均衡 LVS/HAProxy/nginx(http/upstream, stream/upstream)
  • HA:High Availability 高可用集群数据库、Redis
  • SPoF: Single Point of Failure,解决单点故障
  • HPC: High Performance computing 高性能集群

1.2 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)

A= MTBF/(MTBF+MTTR)

99.95%:(60*24*30)*(1-0.9995)=21.6分钟 #一般按一个月停机时间统计

指标:99.9% 99.99% 99.999%99.9999%

1.3 系统故障

硬件故障:设计缺陷、wear out(损耗)、非人为不可抗拒因素

软件故障:设计缺陷 bug

1.4 实现高可用

提升系统高用性的解决方案:降低MTTR-Mean Time To Repair(平均故障时间)

解决方案:建立冗余机制

  • active/passive 主/备.
  • active/active 双主.
  • active --> HEARTBEAT --> passive
  • active <--> HEARTBEAT <--> active

1.5.VRRP: Virtual Router Redundancy Protocol

虚拟路由冗余协议,解决静态网关单点风险

  • 物理层:路由器、三层交换机
  • 软件层:keepalived

1.5.1 VRRP 相关术语

  • 虚拟路由器:Virtual Router
  • 虚拟路由器标识:VRID(0-255),唯一标识虚拟路由器
  • VIP:VirtuallP
  • VMAC: Virutal MAC(00-00-5e-00-01-VRID)
  • 物理路由器(master:主设备、backup:备用设备、priority:优先级)

1.5.2 VRRP 相关技术

通告:心跳,优先级等;周期性

工作方式:抢占式,非抢占式

安全认证:

  • 无认证
  • 简单字符认证:预共享密钥
  • MD5

工作模式:

  • 主/备:单虚拟路由器
  • 主/主:主/备(虚拟路由器1),备/主(虚拟路由器2)

二、Keepalived 部署

2.1 keepalived简介

vrrp 协议的软件实现,原生设计目的为了高可用 ipvs服务

官网:http://keepalived.org/

功能:

  • 基于vrrp协议完成地址流动
  • 为vip地址所在的节点生成ipvs规则(在配置文件中预先定义)
  • 为ipvs集群的各RS做健康状态检测
  • 基于脚本调用接口完成脚本中定义的功能,进而影响集群事务,以此支持nginx、haproxy等服务

2.2 Keepalived 架构

官方文档:

https://keepalived.org/doc/

http://keepalived.org/documentation.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

2.3 Keepalived 环境准备

  • 各节点时间必须同步:ntp, chrony 关闭防火墙及SELinux
  • 各节点之间可通过主机名互相通信:非必须
  • 建议使用/etc/hosts文件实现:非必须
  • 各节点之间的root用户可以基于密钥认证的ssh服务完成互相通信:非必须

2.4 Keepalived 相关文件

  • 软件包名:keepalived
  • 主程序文件:/usr/sbin/keepalived
  • 主配置文件:/etc/keepalived/keepalived.conf
  • 配置文件示例:/usr/share/doc/keepalived/
  • Unit File:/lib/systemd/system/keepalived.service
  • Unit File的环境配置文件:/etc/sysconfig/keepalived

RHEL7中可能会遇到一下bug:

systemctl restart keepalived #新配置可能无法生效

systemctl stop keepalived;systemctl start keepalived #无法停止进程,需要 kill 停止

2.5 KeepAlived 配置说明

2.5.1 配置文件组成部分

配置文件:/etc/keepalived/keepalived.conf

配置文件组成

  • GLOBAL CONFIGURATION

Global definitions:定义邮件配置,route_id,vrrp配置,多播地址等

  • VRRP CONFIGURATION

VRRP instance(s):定义每个vrrp虚拟路由器

  • LVS CONFIGURATION

Virtual server group(s)

Virtual server(s): LVS集群的VS和RS

2.5.2 配置语法说明

帮助

man keepalived.conf
2.5.2.1 全局配置
bash 复制代码
! Configuration File for keepalived
global_defs {
   notification_email {
       594233887@qq.com #keepalived发生故障切换时邮件发送的目标邮箱,可以按行区分写多个
       timiniglee-zln@163.com
   }
   notification_email_from keepalived@KA1.timinglee.org #发邮件的地址
   smtp_server 127.0.0.1 #邮件服务器地址
   smtp_connect_timeout 30 #邮件服务器连接timeout
   router_id KA1.timinglee.org #每个keepalived主机唯一标识
                               #建议使用当前主机名,但多节点重名不影响
   vrrp_skip_check_adv_addr #对所有通告报文都检查,会比较消耗性能
   #启用此配置后,如果收到的通告报文和上一个报文是同一个路由器,则跳过检查,默认值为全检查
  
   vrrp_strict #严格遵循vrrp协议
               #启用此项后以下状况将无法启动服务:
               #1.无VIP地址 
               #2.配置了单播邻居 
               #3.在VRRP版本2中有IPv6地址
               #建议不加此项配置
  
  vrrp_garp_interval 0 #报文发送延迟,0表示不延迟
  vrrp_gna_interval 0 #消息发送延迟
  vrrp_mcast_group4 224.0.0.18 #指定组播IP地址范围: 
  
}
2.5.2.2 配置虚拟路由器
bash 复制代码
vrrp_instance VI_1 {
   state MASTER
   interface eth0 #绑定为当前虚拟路由器使用的物理接口,如:eth0,可以和VIP不在一个网卡
    
   virtual_router_id 51
   #每个虚拟路由器惟一标识,范围:0-255,每个虚拟路由器此值必须唯一否则服务无法启动
   #同属一个虚拟路由器的多个keepalived节点必须相同
   #务必要确认在同一网络中此值必须唯一
    
   priority 100 #当前物理节点在此虚拟路由器的优先级,范围:1-254
                #值越大优先级越高,每个keepalived主机节点此值不同
   
   advert_int 1 #vrrp通告的时间间隔,默认1s
   authentication { #认证机制
       auth_type AH|PASS #AH为IPSEC认证(不推荐),PASS为简单密码(建议使用)示例:
        
       uth_pass 1111 #预共享密钥,仅前8位有效
       #同一个虚拟路由器的多个keepalived节点必须一样
   }
   virtual_ipaddress { #虚拟IP,生产环境可能指定上百个IP地址
        
       <IPADDR>/<MASK> brd <IPADDR> dev <STRING> scope <SCOPE> label <LABEL>
       172.25.254.100 #指定VIP,不指定网卡,默认为eth0,注意:不指定/prefix,默认32
       172.25.254.101/24 dev eth1
       172.25.254.102/24 dev eth2 label eth2:1
   }
}
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