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Keepalived与HaProxy的协调合作原理分析keepalived与haproxy合作场景更好的理解方式协调合作中考虑的问题一、Keepalived以TCP/IP模型角度来分析二、HaProxy总结协调合作中考虑的问题的答案虚拟ip虚拟IP技术就是一个未分配给客户端真实主机的IP也就是说对外提供数据库服务器除了有一个真实IP外还有一个虚IP使用任意一个IP都可以连接到这台主机。当服务器发生故障无法对外提供服务时动态将这个虚IP切换到备用主机。 连接保持开启连接保持功能后当服务与旧主节点即高可用切换前的主节点连接断开时当前服务与前端应用的连接保持不断即应用程序看到的Session同时服务会与新主节点即高可用切换后的主节点重新建立连接并且恢复之前的会话状态以实现对应用程序端无感知的高可用切换。 负载均衡含义就是指通过调度算法将负载工作任务进行平衡、分摊到多个操作单元上进行运行从而协同完成工作任务。负载均衡构建在原有网络结构之上它提供了一种透明且廉价有效的方法扩展服务器和网络设备的带宽、加强网络数据处理能力、增加吞吐量、提高网络的可用性和灵活性。 对于采用haproxy实现负载均衡时担心由于haproxy挂掉导致整体失效所以对haproxy做高可用功能。这就是产生了haprocykeepalived的协作方式。
keepalived与haproxy合作场景 在Keepalived与Haproxy协调工作的场景中常见场景如上图。 主要分为三个部分客户端、调度服务器、服务器集群。 调度服务中通过Keepalived负责将集群对用户显示为一个整体提供VIP并且提供调度服务器的故障转移确保调度服务的高可用。HaProxy工具负责进行负载均衡功能与服务器集群相连接。
更好的理解方式
用一个生活常见的场景来展示这个过程。 从前小c要去斯坦福报道。虽然他不知道学校在哪但是斯坦福安排了接站的服务可以坐接站车去学校。小c满心欢喜的下了高铁准备去找接站的指示牌看见了一个个指示牌上面写着那边是接站的老师。小辰跟着指示牌走找到了接站的老师。老师见到小c知道了小c是要坐接站车的同学就负责安排让小c上了第六排第一辆车。到此小c成功了坐上了接站车。 上面这个故事中指示牌相当于就是Keepalived提供的VIP老师相当于是负责负载均衡调度的HaProxy小c跟着指示牌找到了通过Keepalived的VIP负责安排上车的老师提供负载均衡调度的HaProxy在老师的安排下小c上了车客户端的信息/请求到达了后端的提供服务的服务器。 接下来我们提出几个问题学习完原理后再进行回答。
协调合作中考虑的问题
Q1Keepalived怎样监控HaProxy工具是否状态正常/如何协作的 Q2使用Keepalived实现集群中的故障转移如何避免脑裂 Q3Keepalived有什么功能
一、Keepalived
Keepalived使用VRRP虚拟路由冗余协议实现故障转移。VRRP协议是为路由器备份提供底层设计的。在VRRP协议中有两组概念VRRP路由器和虚拟路由器主路由器和备份路由器。 1、VRRP路由器是物理实例虚拟路由器是逻辑概念。而虚拟路由器是一组VRRP路由器共同构成的一台虚拟路由器。虚拟路由器对外表现固定的IP地址和MAC地址。
2、主控路由器是负责ARP解析和转发IP数据包的路由器而其他备份路由器处于待命状态。一个VRRP组只有一个主控路由器进行工作其他一个或多个备份路由器随时待命当主控路由器故障时备份路由器根据选举协议或者优先级将自己设为主控路由器继续提供服务保证服务不中断。
3、Keepalived的故障转移原理如上如上图中的两个调度服务器合起来看做一个VRRP组一个为主控、另一个为备份这一个VRRP组对客户端提供一个固定的VIP。 注这里与原VRRP协议有一个不同点一般情况下Keepalived只对外提供一个固定的VIP而不提供固定的虚拟MAC地址。
4、在搭建Keepalived时主机一Master会向局域网发送一个ARP包包中有IP地址与MAC的映射关系为VIP:MAC1这时访问VIP就会根据对应的MAC1访问到主机一当主机二backup检测到主机一故障将自己升为主控机则主机二会向局域网中发送ARP包包含IP与MAC的映射关系为VIPMAC2之后访问VIP就会根据对应的MAC2访问主机二。 但是为了减少接管的影响某些网络环境需要使用VMAC可以通过Keepalived配置文件中调用use_mac关键字来实现VMAC支持。在内部Keepalived代码引入虚拟接口每个接口专用于特定的virtual_router。Keepalived使用linux内核macvlan驱动程序定义这些接口。因此必须使用支持macvlan编译的内核。
5、Keepalived服务正常工作时主Master节点会不断向备节点发送心跳消息组播的方式用来告诉备用节点自己还活着当主Master节点发送故障时就无法发送心跳消息备节点也就因此无法继续检测到来自主Master的心跳消息了于是调用自身的接管程序根据优先级进行选举接管主Master节点的IP资源及服务。当原来的主Master节点重新起来后可能重新接管可能不接管根据配置文件的设定抢占式和非抢占式。
6.Keepalived服务器间的联系使用脚本文件监测心跳传递心跳信息监测服务器业务服务结束会触发预制监测脚本实现vip漂移。
以TCP/IP模型角度来分析
Keepalived工作在TCP/IP参考模型的三层、四层、五层物理层链路层 网络层3Keepalived通过ICMP协议向服务器集群中的每一个节点发送一个ICMP数据包(有点类似与Ping的功能)如果某个节点没有返回响应数据包那么认为该节点发生了故障Keepalived将报告这个节点失效并从服务器集群中剔除故障节点。
传输层4Keepalived在传输层里利用了TCP协议的端口连接和扫描技术来判断集群节点的端口是否正常比如对于常见的WEB服务器80端口。或者SSH服务22端口Keepalived一旦在传输层探测到这些端口号没有数据响应和数据返回就认为这些端口发生异常然后强制将这些端口所对应的节点从服务器集群中剔除掉。
应用层5Keepalived的运行方式也更加全面化和复杂化用户可以通过自定义Keepalived工作方式例如可以通过编写程序或者脚本来运行Keepalived而Keepalived将根据用户的设定参数检测各种程序或者服务是否允许正常如果Keepalived的检测结果和用户设定的不一致时Keepalived将把对应的服务器从服务器集群中剔除。
简单的说就是Keepalived的目的是模拟路由器的高可用所以一般Keepalived是实现前端高可用常用的前端高可用的组合有就是我们常见的LVSKeepalived、NginxKeepalived、HAproxyKeepalived。 总结一下Keepalived中实现轻量级的高可用一般用于前端高可用且不需要共享存储一般常用于两个节点的高可用。 LVS的负载均衡方式更快应付更大的流量超过十台机器仍适用。 IPVS wrapper:这个是IPVS功能的一个实现IPVSwarrper模块将可以设置好的IPVS规则发送的内核空间并且提供给IPVS模块最终实现IPVS模块的负载功能。因为IPVS是一个第三方模块在Keepalived当中IPVS模块是可配置的如果需要负载均衡功能可以在编译Keepalived时开打负载均衡功能也可以通过编译参数关闭。
二、HaProxy
1、HaProxy是一个专注于负载均衡的软件有基于四层的负载均衡、七层的负载均衡。
2、HaProxy 的配置文件由两部分组成全局设定和对代理的设定共分为五段globaldefaultsfrontendbackendlisten。1
3、HaProxy由前端frontend和后端backend前端和后端都可以有多个。也可以只有一个listen块来同时实现前端和后端。 前端frontend区域可以根据HTTP请求的header信息来定义一些规则然后将符合某规则的请求转发到相应后端backend进行处理。
由此不难看出当Keepalived与HaProxy共同部署在一台服务器上时二者之间的协作过程先是由客户端的消息通过访问Keepalived的VIP到该服务器的相应的端口上HaProxy由frontend或者listen模块配置监听的服务端口配置文件自行配置。再根据HaProxy配置的某些规则分配给backend模块配置的后端服务器群。
总结
Keepalived负责的是高可用集群HA集群HaProxy负责的是负载均衡集群LB集群。Keepalived与HaProxy合用时Keepalived只用到其故障转移功能提供VIP、VIP漂移。Keepalived自身并没有解决脑裂的方法需要自己另外找方法解决。HaProxy主要通过frontend模块接受请求通过backend模块调度分配给负责处理的服务器集群。 在Keepalived HaProxy组成的高可用集群永远会浪费服务器。只有主Master工作。
协调合作中考虑的问题的答案
Q1Keepalived怎样监控HaProxy工具是否状态正常 答使用Keepalived提供的vrrp_script和track_script模块写脚本实现定期检查HaProxy的状态是否在线如果不在线则自动把HaProxy拉起来。
Q2使用Keepalived实现集群中的故障转移如何避免脑裂 keepalived脑裂的原因有以下几个方面 1、心跳线出现老化、断裂。 2、网卡等相关驱动损坏IP配置冲突等。 3、仲裁服务器出现问题如果有。 4、高可用服务器开启防火墙。 5、高可用服务器上的心跳、网卡等信息配置不正确。 6、Keepalived配置中统一VRRP实例的virtual_router_id两端参数不同。
预防/解决方法 1、连两根线使用串行电缆和以太网电缆连接同时用两条心跳线路。 2、检测到脑裂时强关一个需要特殊设备支持。 3、做脑裂的监控报警发邮件、短信等可以让人为第一时间介入。 4、增加仲裁机制引入第三方仲裁软件。 5、启用磁盘锁。 6、用Keepalived提供的vrrp_script和track_script模块写脚本实现仲裁例如心跳完全断了自己ping一下www.baidu.com看看谁ping不通就谁有问题。
Q3Keepalived有什么功能 答Keepalived有三个功能健康检测、LVS负载均衡、故障转移VRRP。Keepalived之间的功能。通常与HaProxy搭配使用时一般只使用故障转移功能。可用通过命令加不同参数开启单独的一项功能例如-P, –vrrp只开启故障转移功能-C, –check只开启健康检查功能等。Keepalived提供的vrrp_script和track_script模块与其他工具的相互作用都可以通过自己写脚本加该模块中实现与其他工具的相互作用。
