linux_中级_keepalived高可用

1. 高可用 (High Availability) 概述

1.1 什么是高可用

高可用（HA）是指通过设计减少系统不能提供服务的时间。在服务器架构中，通常指两台或多台机器运行相同的业务系统，当主节点（Master）出现故障时，备节点（Backup）能快速接管服务，使用户对故障“无感知”。

1.2 常见解决方案

硬件方案：F5 Big-IP（性能强，价格贵）。
软件方案：Keepalived（基于 VRRP，轻量级，常用）、Heartbeat（较老）、Pacemaker（复杂）。

2. Keepalived 核心原理

2.1 VRRP 协议 (虚拟路由冗余协议)

Keepalived 的核心是 VRRP。

背景：传统网络中，网关故障会导致内网断网。客户端通常无法自动切换网关 IP。
机制：VRRP 将多台路由器虚拟成一个虚拟路由器，对外提供一个虚拟 IP (VIP) 和 虚拟 MAC (VMAC)。
工作方式：

客户端只连接 VIP。
Master 节点通过组播（Multicast）定期发送心跳包（VRRP Advertisement）。
Backup 节点监听心跳。如果在规定时间内（通常是 3 * advert_int + skew_time）没收到心跳，则认为 Master 挂了，并根据优先级选举出新的 Master 接管 VIP。
ARP 欺骗/更新：VIP 漂移后，新 Master 会发送免费 ARP (Gratuitous ARP) 更新局域网内设备的 ARP 缓存，将 VIP 映射到自己的 MAC 地址。

2.2 【拓展】Keepalived 架构组件

Keepalived 不仅仅是 VRRP，它主要由三个模块组成：

Core：负责进程启动、维护和全局配置文件的加载。
VRRP Stack：实现 VRRP 协议，处理 VIP 漂移和故障切换。
Checkers：负责后端真实服务器（Real Server）的健康检查（如 LVS 场景下）。在 Nginx 高可用场景中，我们通常使用 vrrp_script 自定义脚本进行应用层检查。

3. Keepalived 安装与配置

3.1 环境准备

Master: 10.0.0.5
Backup: 10.0.0.6
VIP: 10.0.0.3

3.2 安装

yum install -y keepalived

3.3 配置文件详解 (`/etc/keepalived/keepalived.conf`)

Master 配置示例：

global_defs {
    router_id lb01          # 唯一标识，通常用主机名
}

vrrp_instance VI_1 {        # 实例名称，主备必须一致
    state MASTER            # 初始角色：MASTER 或 BACKUP
    interface eth0          # 绑定 VIP 的网卡
    virtual_router_id 50    # VRID，主备必须一致 (0-255)
    priority 150            # 优先级，数值越大优先级越高
    advert_int 1            # 心跳间隔 (秒)
    authentication {        # 认证信息，主备必须一致
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {     # 虚拟 IP 列表
        10.0.0.3
    }
}

Backup 配置区别：

router_id: 设置为不同 ID (如 lb02)。
state: 设置为 BACKUP。
priority: 设置较低的值 (如 100)。

4. 抢占模式 vs 非抢占模式

4.1 抢占模式 (Preempt) - 默认

行为：当 Master 挂掉，Backup 接管 VIP。一旦 Master 恢复，由于优先级高，会立即抢回 VIP。
缺点：如果 Master 网络不稳定导致频繁启停，VIP 会在两台机器间频繁漂移（Flapping），影响业务稳定性。

4.2 非抢占模式 (No-Preempt)

行为：Master 挂掉，Backup 接管。即使 Master 恢复，只要 Backup 没挂，VIP 就不会漂移回去。
配置要点：

两台机器的 state 都必须配置为 BACKUP。
两台机器都添加 nopreempt 指令。
通过 priority 区分谁是主（高优先级者优先启动获得 VIP）。

配置示例：

vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    priority 150
    nopreempt       # 开启非抢占
    ...
}

5. 脑裂 (Split Brain)

5.1 现象与原因

现象：Master 和 Backup 互不相通，都认为自己是 Master，导致两台机器同时拥有 VIP。这会引起 IP 冲突，导致服务不可用。
常见原因：

心跳链路故障（网线松动、交换机故障）。
防火墙（iptables/firewalld）拦截了 VRRP 组播报文。
配置错误（virtual_router_id 不一致等）。

5.2 解决方案

防火墙放行：确保 VRRP 协议（IP 协议号 112）允许通过。
bash firewall-cmd --direct --permanent --add-rule ipv4 filter INPUT 0 --in-interface eth0 --destination 224.0.0.18 --protocol vrrp -j ACCEPT
脚本检测：编写脚本，当检测到无法 ping 通对方但自己拥有 VIP 时，强制关闭自身的 Keepalived 服务（自杀机制）。

6. Nginx + Keepalived 高可用集成

6.1 为什么需要集成？

Keepalived 默认只监控网络层和系统层。如果 Nginx 进程挂了（应用层故障），但机器还在，Keepalived 不会切换 VIP，导致请求发送到死掉的 Nginx 上。

6.2 实现方案：VRRP Script

通过 vrrp_script 定义检测脚本，通过 track_script 调用。

检测脚本 (check_web.sh)：

#!/bin/bash
# 检查 nginx 进程数量
nginxpid=$(ps -C nginx --no-header | wc -l)

if [ $nginxpid -eq 0 ]; then
    # 尝试重启 Nginx
    systemctl start nginx
    sleep 3
    # 再次检查
    nginxpid=$(ps -C nginx --no-header | wc -l)
    if [ $nginxpid -eq 0 ]; then
        # 重启失败，停止 keepalived，触发 VIP 转移
        systemctl stop keepalived
    fi
fi

注意：脚本需要执行权限 chmod +x check_web.sh

Keepalived 配置调用：

global_defs { ... }

# 定义脚本
vrrp_script check_web {
    script "/root/check_web.sh"
    interval 5          # 每 5 秒检测一次
    weight -20          # (可选) 失败时降低本节点优先级
    fall 2              # (可选) 连续失败 2 次才算失败
    rise 1              # (可选) 成功 1 次算恢复
}

vrrp_instance VI_1 {
    ...
    # 调用脚本
    track_script {
        check_web
    }
}