Keepalived雙機熱備實現高可用

在我們的架構體系中，後端伺服器經常會前置一臺Nginx伺服器做反向代理，把請求分發到後端伺服器，也就是常見的負載均衡，如下

但是這裡存在一個單點故障的問題，如果前置的Nginx掛掉了，請求便無法到達後端伺服器，整個後端服務便不可用了

我們的解決思路是加多一臺前置的nginx（nginx-2）來做負載均衡，在平時不對外提供服務。當nginx-1不可用的時，nginx-2 瞬間把nginx-1的任務接管過來，保證對外的服務不間斷

那在這裡我們遇到了兩個問題
Q1 : nginx-1 和 nginx-2都有各自的ip地址，那我們對外服務的ip地址應該是哪一個？兩臺nginx之間進行切換的時候，對外的IP怎麼做到固定不變？

Q2 : nginx-2 要怎麼知道nginx-1是否可用？他們之間怎麼去建立一套溝通機制？

Keepalived可以幫助我們解決這兩個問題

什麼是Keepalived

Keepalived起初是為負載均衡設計的，用於管理叢集中的各個節點。
後來加入了VRRP（虛擬路由冗餘協議）可以用來實現多種服務的高可用。

我們先把每個nginx都安裝上Keepalived，再來看看它是怎麼工作的。

Keepalived安裝配置

1 下載原始碼包

cd /usr/local/src

wget https://www.keepalived.org/software/keepalived-2.0.20.tar.gz

2 解壓

tar -zxvf keepalived-2.0.20

3 配置

cd keepalived-2.0.20

手動指定安裝目錄，不然預設會安裝到/usr/local目錄下，檔案太零散，這裡我們手動指定一下

./configure --prefix /usr/local/keepalived

4 安裝

make && make install

5 為配置檔案建立軟連結

keepalived 啟動時預設讀取的配置檔案是/etc/keepalived/keepalived.conf

ln -s /usr/local/keepalived/etc/keepalived   /etc/keepalived

6 keepalived配置

global_defs { # 全域性配置
   router_id nginx_master # keepalived 伺服器唯一標誌
}

vrrp_script chk_nginx {
   script "/etc/keepalived/nginx_check.sh" #nginx檢測指令碼，nginx當機後自動重啟
   interval 2 #檢測時間間隔 
   weight -20
}

vrrp_instance v_1 {
    state MASTER #狀態,只有MASTER跟BACKUP兩種，需要大寫，會自動切換狀態
    interface eth0 #通訊網路卡
    mcast_src_ip 10.211.55.15 #本機ip
    virtual_router_id 100 #虛擬路由id 主從一致 可以用虛擬ip的最後一段
    priority 100 #優先順序
    advert_int 1 #MASTER跟BACKUP之間健康檢查間隔（vrrp組播週期）
    authentication { #驗證型別和密碼  主從密碼要一致
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    track_script{
      chk_nginx  #檢測指令碼
    }
    virtual_ipaddress { 
        10.211.55.100 #虛擬ip，可以設定多個
    }
}

這裡我們對引數做一下解釋：
global_defs： 這是一個全域性配置項
    router_id： 標記該keepalived伺服器

vrrp_script： vrrp指令碼定義
  script：指令碼路徑
  interval：指令碼執行間隔
  weight：權重變化的幅度，這個在後面選舉過程會用到

vrrp_instance：vrrp例項定義
  state ：標記該機器在整個vrrp例項中，處於什麼樣的角色。是MASTER（主）還是BACKUP(備)，但是這只是簡單的標記作用，首先該機器的角色是變化的，不是固定的。另外一點是，機器加入vrrp虛擬路由組時，初始角色都是BACKUP，再根據實際情況判斷是是否需要調整。
  virtual_router_id：虛擬路由的id ，這個需要主備都保持一直，否則不生效

  priority：優先順序，MASTER的初始優先順序應當比BACKUP要高，在選舉過程中，優先順序高的充當MASTER的的角色
  advert_int：VRRP的組播週期，在同一個虛擬路由中，MASTER會定期向BACKUP裝置傳送VRRP包，告知BACKUP當前MASTER的優先順序，BACKUP自定判斷是否需要選舉為MASTER，advert_int就是指定這個組播間隔

  authentication：指定驗證型別和驗證密碼，主備需要保持一致
track_script：指定健康監測需要執行的指令碼，這裡我們指定nginx的健康監測指令碼
  virtual_ipaddress：虛擬路由地址，這裡可以根據需要指定多個

7 新增nginx檢查健康指令碼

vi /etc/keepalived/nginx_check.sh

內容如下

#!/bin/bash
A=`ps -C nginx --no-header|wc -l`
if [ $A -eq 0 ];then
exit 1
#/usr/local/nginx/sbin/nginx
#sleep 2
#if [ `ps -C nginx --no-header|wc -l` -eq 0 ];then
#systemctl stop keepalived
#fi
else
exit 0
fi

大意就是檢查nginx程式是否還存在，不存在的話狀態碼為1，keepliaved會用到這個狀態碼

用#註釋掉的部分是嘗試將nginx程式啟動，如果重啟失敗殺死keepalived程式。為了方便演示，先把重啟nginx這部分註釋掉

8 把keepalived 加入到開機啟動項

systemctl enable keepalived

9啟動keepalived

systemctl start keepalived

檢查是否啟動成功

ps -ef | grep keepalived

這麼一來，keepalibved 我們就安裝配置好了

當我們把兩臺nginx伺服器上安裝的keepalived啟動後，會產生一個虛擬的ip（vip）10.211.55.100，此時作為MASTER的nginx-1擁有這個vip

請求是怎麼到達nginx-1這臺機器上的

請求經過路由，路由發現沒有10.211.55.100的對映，向區域網內機器傳送arp包等待返回，nginx-1返回10.211.55.100和mac地址的對映，路由將其快取，方便下次訪問，並將請求指向nginx-1

keepalived故障轉移是怎麼實現的

作為MASTER的nginx-1 會定時向同一虛擬路由內的其他機器傳送vrrp包，告知他們當前MASTER的優先順序，當BACKUP發現自己的優先順序比MASTER高時，會建立虛擬IP，將自身的角色提升為MASTER，並向其他機器傳送VRRP包，原先的MASTER發現有比自身優先順序更高的的機器，調整自身角色為BACKUP

下面就為大家完整完整展示這個過程
我們分別將兩臺機器 15、16上的nginx啟動，再把keepalived分別啟動起來
我們15這臺的keepalibved的優先順序配置的是100, 16這臺優先順序配置的是90
因此當我們兩臺的keepalived都啟動之後，15這臺就優先佔有了10.211.55.100這個ip

我們看看啟動keepalived時，都做了些什麼操作
我們前面說過，keepalived啟動時，無論你給它定義的角色是MASTER還是BACKUP，都不能決定它的身份，
當先啟動15這臺的keepalived時

它會將自身先定義為BACKUP，等待MASTER的VRRP包，等待超時，才會進入MASTER狀態，設定VIP，發起組播。
而16這臺優先順序有90的在啟動過程中就沒有轉為MASTER

我們訪問可以看到此時該IP被15佔有

此時我們將15機器（MASTER）上的nginx程式殺掉

killall nginx

從keepalived的日誌中可以看到，優先順序由100降到80，並且收到路由組內一個更高的優先順序90，MASTER進入BACKUP狀態，移除VIP

我們來看16（原來的BACKUP）的日誌

可以看到BACKUP收到MASTER的組播VRRP包，發現MASTER的權重比自己低，立馬進入MASTER狀態，設定VIP，並開始組播，之前的MASTER收到組播，轉為BACKUP

此時我們訪問該IP，可以發現該IP被nginx-2佔有

總結：
keepalived 同一個虛擬路由組內，MASTER通過VRRP協議向其他成員傳送資料包，內容是自身優先順序，其他BACKUP成員如果發現自身的優先順序比MASTER高，就會轉為MATSER，並設定VIP，像其他成員組播VRRP包，原來的MASTER接受到的優先順序比自身高，就會轉為BACKUP

優先順序是怎麼進行變動的？

每個keepalived例項都有一個初始化的優先順序
根據服務健康狀態的檢測指令碼的不同狀態值，根據設定的weight權重值，動態改變當前例項的優先順序

指令碼的狀態值，1代表失敗，0代表成功
當設定的weight > 0時，指令碼返回值如果是0，優先順序調整為priority = priority + weight
，指令碼返回值如果是1，優先順序不變

當設定的weight < 0時，指令碼返回值如果是1，優先順序調整為priority = priority + weight，指令碼返回值如果是0，優先順序不變

這裡看起來有點繞，所以建議大家weight設定為負數，並且weight的絕對值要大於初始化時節點間的優先順序差值。