32---keepalived功能及使用场景(2)

时间：2024-04-07 17:35:25
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两个问题：
在继续讲keepalived之前让我们先思考两个问题：
1.如果我们只有一台调度器(lvs/Nginx)，且它到后端real server集群的物理连接断了(如网卡、光模块、线缆等损坏)，那该怎么应对？
2.如果我们只有一台调度器(Nginx等软件实现的)，但是不巧的是Nginx进程被杀死了，那该怎么应对？
显然以上都是单点故障，遇到单点故障很棘手，我们应该避免。一般来讲网络中关键节点都应该有至少两个，所以我们的调度器也应该至少两台，组成高可用(HA)集群，如下图：
32---keepalived功能及使用场景(2)
图中有两台调度器，正常情况下流量仅流经director1，也就是director1 作为MASTER，director2 作为BACKUP。我们期望的是当MASTER的 eth1或 eth3 接口挂掉后，director2 能够承接director1的所有流量。同时，如果direcotr1为Nginx反代(包括7层和伪34层)，当Nginx进程挂掉后，也能完成流量切换。如何实现呢？用 keepalived。
在数通网络中，我们通常使用VRRP来做默认网关的冗余，keepalived也是靠实现VRRP协议来完成流量从 director1 到director2 的倒换的。如果不熟悉VRRP，建议去某度文库搜索下数通厂商的vrrp技术白皮书。理解了VRRP的工作原理后再来看 keepalived， so easy。（务必要先搞懂VRRP协议，厂商的vrrp技术白皮书已经写的很详细了，如华为。）
言归正传，使用keepalived，以下3种情况下会触发倒换(也就是图中流量从 director1 切到 director2)：
场景描述：图中eth1和eth2起vrrp，且eth1被选举为MASTER(准确地说MASTER和BACKUP都是针对接口说的，不过我们在一定场合下也称路由器的状态为MASTER/BACKUP)
1.  director1 的eth1接口down掉，这很容易理解，物理接口down掉了，无法发送vrrp advertisement，作为BACKUP的director2这时候就会接替原来director1的角色，成为MASTER。
2. 我们可以让 keepalived 进程在director1监控eth3接口的状态，如果该接口down掉，则停止在eth1接口上发送vrrp advertisement，把MASTER角色让个director2。这通过keepalived.conf中的track_interface命令配置来实现。
3. 我们可以让 keepalived 执行某脚本，该脚本周期性地检测诸如进程等的设备状态并返回code，keepalived根据脚本返回的code值调整(减小)director1发出的vrrp 通告中的priority至小于director2发出的通告中的priority,把MASTER角色让给director2。这通过keepalived.conf中的track_script命令配置来实现。
好，现在给出几个实例，我们通过如下两个拓扑完成实验验证。
32---keepalived功能及使用场景(2)
Note：如中rs1,rs2,rs3是3台不同的物理机，只不过图中画在了一起。
实例一：
使用拓扑一，仅仅在 director1 和 director2 的左侧接口起 vrrp，VRIP为192.168.10.131，物理接口分别为 192.168.10.128 和 192.168.10.135。设置 192.168.10.128所在借口有 higher priority，以使之被选举为master，当master接口挂掉后，backup接口开始发送 vrrp advertisement，成为master。director 1 和 director2 的配置分别如下：
补充：组播地址 && VRID 要设置成一样才会被认为是同一个 vrrp_instance
===== director1 配置 =====
global_defs {
  notification_email {
    [email protected]
  }
  notification_email_from [email protected]
  smtp_server 127.0.0.1
  smtp_connect_timeout 30
  router_id 6A   //设置 router-id
  vrrp_mcast_group4 224.0.0.18  //设置组播地址，同一个vrrp_instance中的组播地址一定要相同
}
vrrp_instance OUTSIDE_VI_1 {  //创建一个instance，名字随意(本地有效，报文不含之)，但是建议主备同名
   state MASTER  //预设置角色，其实没有大用，鹿死谁手还得比拼priority等
   interface eth1  //指定加入instance的接口
   virtual_router_id 1 //设置VRID，同一个vrrp_instance中的VRID一定要相同
   priority 100 //本机在vrrp_instance中的优先级，准确说应该是接口的优先级
   advert_int 1 //通告每隔1s发送一次
   authentication { //通告验证使用简单验证，仅vrrp 2.0支持，而keepalived就是实现的vrrp 2.0
       auth_type PASS
       auth_pass 1111
   }
   virtual_ipaddress {
       192.168.10.131   //vrrp的VRIP
   }
}

===== director2 配置 =====
global_defs {
  notification_email {
    [email protected]
  }
  notification_email_from [email protected]
  smtp_server 127.0.0.1
  smtp_connect_timeout 30
  router_id 6B
  vrrp_mcast_group4 224.0.0.18  //同一vrrp_instance的组播地址要一致
}
vrrp_instance OUTSIDE_VI_1 {
   state BACKUP
   interface eth6  //指定加入instance的接口
   virtual_router_id 1  //同一vrrp_instance的VRID要一致
   priority 99
   advert_int 1
   authentication {
       auth_type PASS
       auth_pass 1111
   }
   virtual_ipaddress {
       192.168.10.131
   }
}
配置完成后，重启keepalived。手动关闭 director1 的eth1，ip link set eth1 down，然后在vmnet1 上抓包，发现director2 的eth6 开始发送vrrp advertisement，也就是说director2的eth6已经是MASTER，切换完成。实验完成后再恢复eth1到up状态。
实例二：
使用拓扑一，在实验一的基础上，验证当MASTER监控的某借口down掉后，发生角色切换。也就是验证 track_interface的作用。
===== director1 配置 =====
global_defs {
   //节约版面，这部分内容请自己补上
}
vrrp_instance OUTSIDE_VI_1 {
   state MASTER
   interface eth1
   virtual_router_id 1
   priority 100
   advert_int 1
   authentication {
       auth_type PASS
       auth_pass 1111
}
   virtual_ipaddress {
       192.168.10.131
   }
   track_interface {  //仅在实验一的基础上添加这个配置段
       eth0
   }
}

===== director2 配置 =====
global_defs {
   //节约版面，这部分内容请自己补上
}
vrrp_instance OUTSIDE_VI_1 {
   state BACKUP
   interface eth6
   virtual_router_id 1
   priority 99
   advert_int 1
   authentication {
       auth_type PASS
       auth_pass 1111
}
   virtual_ipaddress {
       192.168.10.131
   }
   track_interface {  //仅在实验一的基础上添加这个配置段
       eth2
   }
}
配置完成后，重启keepalived。手动关闭 director1 的eth0，ip link set eth0 down，然后在vmnet1 上抓包，发现director2 的eth6 开始发送vrrp advertisement，也就是说director2的eth6已经是MASTER，切换完成。实验完毕后恢复eth0到up状态。
实例三：
使用拓扑一，在实验一的基础上，验证 track_script 的作用，即周期性地执行脚本，然后根据脚本的返回值调整weight，从而达到MASTER/BACKUP角色切换的目的。
===== director1 配置 =====
global_defs {
   //节约版面，这部分内容请自己补上
}
vrrp_script my_test {           //定义如何追踪脚本，及根据脚本返回代码执行何种动作
   script "[ -f /tmp/hehe  ]"   //检查shell脚本表达式的值，这里双引号内可以是外置脚本(要有exec权限)
   interval 1      //多长时间执行一次脚本并检查其返回值
   weight -2      //如果脚本执行失败后的动作(weight-2，仅执行一次);如果后续检查发现脚本执行成功则执行反动作(把减去的2加回来)
   fall 3  //返回几次非0,才认为失败，执行 weight-2的动作
   rise 1  //返回几次0,才认为成功，执行weight-2的反动作，即当前weight+2
}
vrrp_instance OUTSIDE_VI_1 {
   state MASTER
   interface eth1
   virtual_router_id 1
   priority 100
   advert_int 1
   authentication {
       auth_type PASS
       auth_pass 1111
   }
   virtual_ipaddress {
       192.168.10.131
   }
   track_script {   //追踪my_test中指明的脚本，my_test要在vrrp_instance前定义好
       my_test
   }
}

===== director2 配置 =====
global_defs {
   //节约版面，这部分内容请自己补上
}
vrrp_script my_test {           //本次实验这一段不加也可，但是建议主备配置一致
   script "[ -f /tmp/hehe  ]"
   interval 1
   weight -2
   fall 3
   rise 1
}
vrrp_instance OUTSIDE_VI_1 {
   state BACKUP
   interface eth6
   virtual_router_id 1
   priority 99
   advert_int 1
   authentication {
       auth_type PASS
       auth_pass 1111
   }
   virtual_ipaddress {
       192.168.10.131
   }
   track_script {  //本次实验这一段不加也可，但是建议主备配置一致
       my_test
   }
}
配置完成后，现在touch一个/tmp/hehe，重启keepalived，在vmnet1上抓包。这时候由于 [ -f /tmp/hehe ] 返回值为0，也就是 weight 不变化，所以director1还是MASTER。这时候 rm -f /tmp/hehe，当director1 检查脚本表达式时，发现3此都是非0,所以weight-2，由100变成了98，小于director2的priority99，让出了MASTER。观察抓到的报文，发现director2 确实已经再发 vrrp advertisement了。
这里只是拿 [ -f /tmp/hehe ]做个例子而已，生产环境中一般都是检查某个进程是否存活，如 [ killall -0 nginx ] 若 nginx 进程存在，则返回0，weight不变。若进程已死，则weight变化，一般是减小以让出MASTER。 当然，引用外部具有可执行权限的脚本也是ok的。
实例四：
使用如下拓扑二，我们实现一个 lvs-dr的高可用集群(集群这名总是感觉高达上，其实也就是director1和director2组成一个lvs-dr组)
32---keepalived功能及使用场景(2)

===== director1 配置 =====
global_defs {
  //节约版面，这部分内容请自己补上
}
vrrp_instance OUTSIDE_VI_1 {
   state MASTER
   interface eth1
   virtual_router_id 1
   priority 100
   advert_int 1
   authentication {
       auth_type PASS
       auth_pass 1111
   }
   virtual_ipaddress {
       192.168.10.131  //即做VRIP，也做lvs概念中的VIP
   }
}
virtual_server 192.168.10.131 80 {
   delay_loop 6
   lb_algo rr
   lb_kind DR    //定义lvs类型为dr
   persistence_timeout 0 
   protocol TCP

   real_server 192.168.10.140 80 {
       weight 1
       HTTP_GET {
           url {
               path /
               status_code 200
           }
           nb_get_retry 3
           delay_before_retry 1
           connect_timeout 1
       }
   }
   real_server 192.168.10.141 80 {
       weight 1
       TCP_CHECK {
           connect_timeout 1
       }
   }
   real_server 192.168.10.142 80 {
       weight 1
       TCP_CHECK {
           connect_timeout 1
       }
   }
}

===== director2 配置 =====
global_defs {
  //节约版面，这部分内容请自己补上
}
vrrp_instance OUTSIDE_VI_1 {
   state BACKUP
   interface eth6
   virtual_router_id 1
   priority 99
   advert_int 1
   authentication {
       auth_type PASS
       auth_pass 1111
   }
   virtual_ipaddress {
       192.168.10.131
   }
}

virtual_server 192.168.10.131 80 {
   delay_loop 6
   lb_algo rr
   lb_kind DR    //定义lvs类型为dr
   persistence_timeout 0 
   protocol TCP

   real_server 192.168.10.140 80 {
       weight 1
       HTTP_GET {
           url {
               path /
               status_code 200
           }
           nb_get_retry 3
           delay_before_retry 1
           connect_timeout 1
       }
   }
   real_server 192.168.10.141 80 {
       weight 1
       TCP_CHECK {
           connect_timeout 1
       }
   }
   real_server 192.168.10.142 80 {
       weight 1
       TCP_CHECK {
           connect_timeout 1
       }
   }
}

===== real server 的配置 =====
rs1：启动httpd，通过 ip add add 192.168.10.131 dev lo 给real server添加VIP
rs2：启动httpd，通过 ip add add 192.168.10.131 dev lo 给real server添加VIP
rs3：启动httpd，通过 ip add add 192.168.10.131 dev lo 给real server添加VIP
此时的高可用就体现在 director1 的master接口down掉后的流量切换。
实例五：
使用拓扑一，我们实现一个 lvs-nat 的高可用集群。为了方便理解配置，再贴一遍图，请对照拓扑理解配置。
32---keepalived功能及使用场景(2)
先思考个问题，使用lvs-nat的话，real server把默认网关指向谁？在只有一台director的时候这个问题是不存在的，但是现在两台director，怎么办？还是用vrrp，把两台director右侧的interface加入另一个vrrp_instance，然后让real server把默认网关只想这个vrrp_instance的VRIP就可以了。这又引入了另一个问题，director上保存着nat表，所以同一条tcp流的上下行数据要经过同一台director（主director，也就是director1）。也就是两个vrrp_instance的master接口要在同一台director上，一个vrrp_instance发生了接口角色切换，另一个vrrp_instance 也要发生切换，如何实现？用vrrp同步组。

===== director1 配置 =====
lobal_defs {
   //节约版面，这部分内容请自己补上
}
vrrp_sync_group VG_1 {   //定义vrrp同步组，把两个vrrp_instance加入改组。当一个vrrp_instance接口切换时，另一个同步切换
   group {
       INSIDE_VI_1     //加入同步组的vrrp_instance
       OUTSIDE_VI_1
   }
}
vrrp_instance OUTSIDE_VI_1 {
   state MASTER
   interface eth1
   virtual_router_id 1
   priority 100   //左侧的vrrp_instance中，通过设置优先级让director1上的接口被选举为master
   advert_int 1
   authentication {
       auth_type PASS
       auth_pass 1111
   }
   virtual_ipaddress {
       192.168.10.131    //左侧vrrp_instance的VRIP
   }
}
vrrp_instance INSIDE_VI_1 {
   state MASTER
   interface eth0
   virtual_router_id 2
   priority 100   //左侧的vrrp_instance中，通过设置优先级让director1上的接口被选举为master
   advert_int 1
   authentication {
       auth_type PASS
       auth_pass 1111
   }
   virtual_ipaddress {
       192.168.20.135    //右侧vrrp_instance的VRIP
   }

}
virtual_server 192.168.10.131 80 {
   delay_loop 6
   lb_algo rr
   lb_kind NAT   //实现lvs-nat
   persistence_timeout 0  # during which time, request is distributed to the same real server
   protocol TCP

   real_server 192.168.20.130 80 {
       weight 1
       HTTP_GET {
           url {
               path /
               status_code 200
           }
           nb_get_retry 3
           delay_before_retry 1
           connect_timeout 1
       }
   }
   real_server 192.168.20.131 80 {
       weight 1
       TCP_CHECK {
           connect_timeout 1
       }
   }
   real_server 192.168.20.132 80 {
       weight 1
       TCP_CHECK {
           connect_timeout 1
       }
   }
}

===== director2 配置 =====
lobal_defs {
   //节约版面，这部分内容请自己补上
}
vrrp_sync_group VG_1 {
   group {
       INSIDE_VI_1
       OUTSIDE_VI_1
   }
}
vrrp_instance OUTSIDE_VI_1 {
   state BACKUP
   interface eth6
   virtual_router_id 1
   priority 99    //director2作为backup
   advert_int 1
   authentication {
       auth_type PASS
       auth_pass 1111
   }
   virtual_ipaddress {
       192.168.10.131   //左侧vrrp_instance的VRIP
   }
}
vrrp_instance INSIDE_VI_1 {
   state BACKUP
   interface eth2
   virtual_router_id 2
   priority 99     //director2作为backup
   advert_int 1
   authentication {
       auth_type PASS
       auth_pass 1111
   }
   virtual_ipaddress {
       192.168.20.135   //右侧vrrp_instance的VRIP
   }
}

virtual_server 192.168.10.131 80 {
   delay_loop 6
   lb_algo rr
   lb_kind NAT
   persistence_timeout 0 #dechao: during which time the request is distributed to same real server
   protocol TCP

   real_server 192.168.20.130 80 {
       weight 1
       HTTP_GET {
           url {
               path /
               status_code 200
           }
           nb_get_retry 3
           delay_before_retry 1
           connect_timeout 1
       }
   }
   real_server 192.168.20.131 80 {
       weight 1
       TCP_CHECK {
           connect_timeout 1
       }
   }
   real_server 192.168.20.132 80 {
       weight 1
       TCP_CHECK {
           connect_timeout 1
       }
   }
}
2台director 上 echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward 设置 ip_forward=1
3台real server上添加默认路由 ip route add default via 192.168.20.135，同时启动httpd，建议给出不同页面。这时候通过client访问 192.168.10.131,请求就可以被轮询调度到后端不同的real server上了。
这个实例的高可用体现在vrrp的同步倒换上，我们手动关闭director1上右侧端口，发现右侧的vrrp_instance角色切换，同时左侧vrrp_instance的角色也发生切换。但是启用vrrp同步后，发现和track_script冲突，track_script不管用了。通过日志可以看出来，文章最后会讲到keepalived日志相关的东西。
实例六：
使用如下拓扑，我们实现一个Nginx的调度器高可用集群。director1平时作为master，当他上面的Nginx挂掉后，让出master角色给director2，同时执行一些动作，如发邮件给管理员。
说明：由于Nginx作反代调度器的时候，无论伪34层还是7层都可以认为是full-nat，也就是SNAT+DNAT，所以两台director的右侧接口没有起vrrp。
32---keepalived功能及使用场景(2)

===== director1 配置 =====
global_defs {
  //节约版面，这部分内容请自己补上
}
vrrp_script my_test {
   script "killall -0 nginx"
   interval 1
   weight -2
   fall 3
   rise 1
}
vrrp_instance OUTSIDE_VI_1 {
   state MASTER
   interface eth1
   virtual_router_id 1
   priority 100
   advert_int 1
   authentication {
       auth_type PASS
       auth_pass 1111
   }
   virtual_ipaddress {
       192.168.10.131
   }
   track_script {
       my_test
   }
   notify_master "/tmp/2master.sh"
   notify_backup "/tmp/2backup.sh"
}

===== director2 配置 =====
global_defs {
  //节约版面，这部分内容请自己补上
}
vrrp_script my_test {
    script "killall -0 nginx"
    interval 1
    weight -2
    fall 3
    rise 1
}
vrrp_instance OUTSIDE_VI_1 {
   state BACKUP
   interface eth6
   virtual_router_id 1
   priority 99
   advert_int 1
   authentication {
       auth_type PASS
       auth_pass 1111
   }
   virtual_ipaddress {
       192.168.10.131
   }
    track_script {
       my_test
   }  
   notify_master "/tmp/2master.sh"
   notify_backup "/tmp/2backup.sh"
}
director1 和 director2 上都运行Nginx，作为7层代理或者伪34层代理。此时director1被选举为master。
/tmp/2master.sh 和 /tmp/2backup.sh 要有执行权限，在本实验中脚本内容如下：
/tmp/2master.sh 内容：
#!/bin/bash
echo [email protected]`date` >> /tmp/keepalived.state
/tmp/2backup.sh 内容：
#!/bin/bash
echo [email protected]`date` >> /tmp/keepalived.state
这里只是举一个简单的例子，角色转换时执行的脚本可以是任意的。
现在我们手动停掉director1上的Nginx，这时候director1的vrrp weight由100-2变为98,让出了master，我们可以抓包看到此时director2开始发送vrrp advertisement。同时可以 cat /tmp/keepalived.state ，发现确实角色发生了转化。
===============
keepalived日志相关：
CentOS6上keepalived的日志默认记录在/var/log/messages里面，不好看，通过如下方式定向到一个文件。
  /etc/sysconfig/keepalived
       编辑：KEEPALIVED_OPTIONS="-D -d -S 3"
  /etc/rsyslog.conf 
       编辑：local3.* /var/log/keepalived.log
  service rsyslog restart
  service keepalived restart

Oh,my god。总算说完了。




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