- Keepalived簡介
- Keepalived工作原理
- Keepalived應用場景
- 高可用集羣
- 高可用架構
- Keepalived高可用集羣的解決方案
Keepalived簡介
Keepalived的作用是檢測服務器的狀態。如果有一臺web服務器宕機，或工作出現故障，Keepalived將檢測到，並將有故障的服務器從系統中剔除，同時使用其他服務器代替該服務器的工作，當服務器工作正常後Keepalived自動將服務器加入到服務器集羣中，這些工作全部自動完成，不需要人工干涉，需要人工做的只是修復故障的服務器。
Keepalived的特性：
- 配置文件簡單：配置文件比較簡單，可通過簡單配置實現高可用功能
- 穩定性強：Keepalived是一個類似於layer3/4/7交換機機制的軟件，具備我們平時說的第3層、第4層和第7層交換機的功能，常用於前端負載均衡器的高可用服務，當主服務器出現故障時，可以快速進行切換，監測機制靈活，成功率高。
- 成本低廉：開源軟件，可直接下載配置使用，沒有額外費用。
- 應用範圍廣：因爲Keepalived可應用在多個層面，所以它幾乎可以對所有的應用做高可用，包括LVS、數據庫、http服務、nginx負載均衡等。
- 支持多種類型：支持主從模式、主主模式高可用，可根據業務場景靈活選擇。
Keepalived工作原理
- WatchDog監控checkers和VRRP進程的狀態；
- Checkers負責真實服務器的健康檢查healthchecking;
- VRRP Stack負責負載均衡器之間的失敗切換；
- IPVS wrapper用來發送設定的規則到內核IPVS代碼；
- Netlink Reflector用來設定VRRP的vip（虛擬IP）地址等。
Keepalived是以VRRP協議爲實現基礎的，VRRP全稱Vritual Router Redundancy Protocol，即虛擬路由冗餘協議。
VRRP根據優先級來確定虛擬路由器中每臺路由器的角色（Master路由器或Backup路由器）。VRRP優先級的取值範圍爲0到255（數值越大表明優先級越高），可配置的範圍是1到254，優先級0爲系統保留給路由器放棄Master位置的時候使用，255則是系統保留給IP地址擁有者使用。優先級越高，則越有可能成爲Master路由器。當兩臺優先級相同的路由器同時競爭Master時，比較接口IP大小。接口地址大者當選爲Master。
Keepalived主要有三個模塊
- core模塊：Keepalived的核心，負責主進程的啓動、維護以及全局配置文件的加載和解析。
- check模塊：負責健康檢查，包括常見的各種檢查方式。
- vrrp模塊：是來實現VRRP協議的。
Keepalived應用場景
在網絡層、數據鏈路層，運行着4個重要協議：
- IP：互聯網協議。
- ICMP：互聯網控制報文協議。
- ARP：地址轉換協議（IP地址轉Mac地址）
- RARP：反向地址轉換協議。（Mac地址轉IP地址）
網絡層場景：
Keepalived在網絡層採用最常見的工作方式是通過ICMP協議向服務器集羣中的那個節點發送一個ICMP數據包（類似於ping實現的功能），如果某個節點沒有返回響應數據包，那麼認爲此節點發生了故障，Keepalived將報告此節點失效，並從服務器集羣中剔除故障節點。
傳輸層場景：
傳輸層提供了兩個主要的協議TCP和UDP
Keepalived在傳輸層利用TCP協議的端口連接和掃描技術來判斷集羣點是否正常。如Web服務器80端口，ssh服務22端口，Keepalived一旦在傳輸層探測到這些端口沒有響應數據返回，就認爲這些端口發生異常，然後強制將此端口對應得節點從服務器集羣中移除。
應用層場景：
在應用層，可運行FTP、TELNET、HTTP、DNS等各種不同類型的高層協議。
Keepalived在應用層的運行方式也更加全面化和複雜化，用戶可以通過自定義Keepalived的工作方式；例如，用戶可以通過編寫程序來運行Keepalived。而Keepalived將根據用戶的設定檢測各種程序或服務是否運行正常，如果Keepalived的檢測結果與用戶設定不一致時，Keepalived將把對應的服務從服務器中移除。
集羣
- 集羣是一組相互獨立的、通過高速網絡互聯的計算機，它們構成了一個組，並以單一系統的模式加以管理。一個客戶與集羣相互作用時，集羣像是一個獨立的服務器。
- 通過集羣技術，可以在付出較低成本的情況下獲得在性能、可靠性、靈活性方面相對較高的收益，其任務調度則是集羣系統中的核心技術。
- 集羣組成後，可以利用多個計算機和組合進行海量請求處理（負載均衡），從而獲得很高的處理效率，也可以用多個計算機做備份（高可用），使得任何一個機器壞了整個系統還是能正常運行。集羣在目前互聯網公司是必備的技術，極大提高互聯網業務的可用性和可縮放性。
高可用
HA（High Available），高可用性羣集是通過系統的可靠性（reliability）和可維護性（maintainability）來度量的。
工程上，通常用平均無故障時間（MTFF）來度量系統的可靠性，用平均維修時間（MTTR）來度量系統的可維護性。於是可用性被定義爲：HA=MTFF/(MTFF+MTTR) （平均無故障時間/總時間，總時間=平均無故障時間+平均維修時間），宕機時間不超過6分鐘。
具體HA(可用性)衡量標準：
- 99%一年宕機時間不超過4天
- 99.9%一年宕機時間不超過10小時
- 99.99% 一年宕機時間不超過1小時
- 99.999% 一年宕機時間不超過6分鐘
高可用集羣實現
高可用工作方式：
- 主從方式（非對稱方式）
- 雙機雙工方式（互備互援）
- 集羣工作方式（多服務器互備方式）
高可用的資源分類
- 網絡高可用
- 服務器高可用
- 存儲高可用
- 服務高可用
開源高可用解決方案：Keepalived 通過實現vrrp（虛擬路由冗餘協議）協議來實現地址漂移
主從高可用架構
- 在系統中，有一個Master節點和一個Backup節點，其中Master節點對線上業務提供服務，Backup與Master節點之間保持心跳。
- 當Master節點因宕機服務不可用時，系統會切換到Backup節點上線，提供服務。
- 當宕機Master節點恢復後，系統將該Master作爲Backup加入集羣。
雙主高可用架構
- 在系統中，有兩個Master節點，均對線上業務提供服務，兩個Master節點之間保持心跳。
- 當某一臺Master節點因宕機服務不可用時，系統會將流量全部導向剩餘的Master節點，繼續提供服務。
- 當宕機的Master節點恢復後，系統將該Master加入集羣，提供服務。
Keepalived高可用集羣的解決方案
Keepalived在一個節點上啓動之後，會生成一個Master主進程，這個主進程又會生成兩個子進程，分別是：
- VRRP Stack：實現VRRP協議
- Checkers：檢測ipvs後端realserver的健康狀況檢測
VRRP雙方節點都啓動以後，要實現狀態轉換的，剛開始啓動的時候，初始狀態都是Backup，而後向其它節點發送通告，以及自已的優先級信息，誰的優先級高，就轉換爲Master，否則就還是Backup。
這時候服務就在狀態爲Master的節點上啓動，爲用戶提供服務，如果，該節點掛掉了，則轉換爲Backup ,優先級降低，另一個節點轉換爲Master，優先級上升，服務就在此節點啓動，VIP，VMAC都會被轉移到這個節點上，爲用戶提供服務。