一、簡介

        負載平衡是一種在真實伺服器叢集中分配IP流量的方法，可提供一個或多個高度可用的虛擬服務。在設計負載均衡拓撲時，重要的是要考慮負載均衡器本身的可用性以及它背後的真實伺服器。用C編寫的類似於layer3, 4 & 7交換機制軟體，具備我們平時說的第3層、第4層和第7層交換機的功能。

        Keepalived為負載平衡和高可用性提供了框架。負載平衡框架依賴於眾所周知且廣泛使用的Linux虛擬伺服器（IPVS）核心模組，該模組提供第4層負載平衡。Keepalived實現了一組健康檢查器，以根據其健康動態地自適應地維護和管理負載平衡的伺服器池。虛擬冗餘路由協議（VRRP）實現高可用性。VRRP是路由器故障轉移的基礎磚塊。此外，keepalived實現了一組掛鉤到VRRP有限狀態機，提供低級別和高速協議互動。每個Keepalived框架可以獨立使用或一起使用，以提供彈性基礎設施。

在這種情況下，負載平衡器也可以被稱為導向器或LVS路由器。

簡而言之，Keepalived提供了兩個主要功能：

• 健康檢查LVS系統
• 實施VRRPv2堆疊以處理負載均衡器故障轉移

Keepalived使用四個Linux核心元件：

1. LVS框架：使用getsockopt和setsockopt呼叫來獲取和設定套接字上的選項。
2. Netfilter框架：支援NAT和偽裝的IPVS程式碼。
3. Netlink介面：設定和刪除網路介面上的VRRP虛擬IP。
4. 組播：將VRRP通告發送到保留的VRRP MULTICAST組（224.0.0.18）。

上圖是Keepalived的功能體系結構，大致分兩層：使用者空間（user space）和核心空間（kernel space）。
核心空間

• WatchDog：負載監控checkers和VRRP程序的狀況
• VRRP Stack：負載負載均衡器之間的失敗切換FailOver，如果只用一個負載均稀器，則VRRP不是必須的。
• Checkers：負責真實伺服器的健康檢查healthchecking，是keepalived最主要的功能。換言之，可以沒有VRRP Stack，但健康檢查healthchecking是一定要有的。
• IPVS wrapper：使用者傳送設定的規則到核心ipvs程式碼
• Netlink Reflector：用來設定vrrp的vip地址等。

Keepalived的所有功能是配置keepalived.conf檔案來實現的。

二、安裝keepalived

2.1 方法一：yum方式

1、yum安裝

安裝依賴包
[[email protected] ~]# yum install -y curl gcc openssl-devel libnl3-devel net-snmp-devel
[[email protected] ~]# yum install -y keepalived

2、初始化及啟動

[[email protected] ~]# systemctl start keepalived   //啟動keepalived
[[email protected] ~]# systemctl enable keepalived  //加入開機啟動keepalived
[[email protected] ~]# systemctl restart keepalived  //重新啟動keepalived
[[email protected] ~]# systemctl status keepalived   //檢視keepalived狀態

2.2方法二、原始碼包

[[email protected] src]# pwd
/usr/local/src
[[email protected] src]# wget http://www.keepalived.org/software/keepalived-2.0.7.tar.gz
[[email protected] src]# tar xvf keepalived-2.0.7.tar.gz
[[email protected] src]# cd keepalived-2.0.7
[[email protected] keepalived-2.0.7]# ./configure --prefix=/usr/local/keepalived
[[email protected] keepalived-2.0.7]# make && make install

完成後會在以下路徑生成：

/usr/local/etc/keepalived/keepalived.conf
/usr/local/etc/sysconfig/keepalived
/usr/local/sbin/keepalived

2、初始化及啟動

# keepalived啟動指令碼變數引用檔案，預設檔案路徑是/etc/sysconfig/，也可以不做軟連結，直接修改啟動指令碼中檔案路徑即可（安裝目錄下）
[[email protected] /]# cp /usr/local/keepalived/etc/sysconfig/keepalived  /etc/sysconfig/keepalived 

# 將keepalived主程式加入到環境變數（安裝目錄下）
[[email protected] /]# cp /usr/local/keepalived/sbin/keepalived /usr/sbin/keepalived

# keepalived啟動指令碼（原始碼目錄下），放到/etc/init.d/目錄下就可以使用service命令便捷呼叫
[[email protected] /]# cp /usr/local/src/keepalived-2.0.7/keepalived/etc/init.d/keepalived  /etc/init.d/keepalived

# 將配置檔案放到預設路徑下
[[email protected] /]# mkdir /etc/keepalived
[[email protected] /]# cp /usr/local/keepalived/etc/keepalived/keepalived.conf /etc/keepalived/keepalived.conf

• 加為系統服務：chkconfig –add keepalived
• 開機啟動：chkconfig keepalived on
• 檢視開機啟動的服務：chkconfig –list
• 啟動、關閉、重啟service keepalived start|stop|restart

三、keepalived.conf配置檔案說明

keepalived服務安裝完成之後，後面的主要工作就是在keepalived.conf檔案中配置HA和負載均衡。一個功能比較完整的常用的keepalived配置檔案，主要包含三塊：全域性定義塊、VRRP例項定義塊和虛擬伺服器定義塊。全域性定義塊是必須的，如果keepalived只用來做ha，虛擬伺服器是可選的。下面是一個功能比較完整的配置檔案模板：

#全域性定義塊
global_defs {
    # 郵件通知配置
    notification_email {
        email1
        email2
    }
    notification_email_from email
    smtp_server host
    smtp_connect_timeout num

    lvs_id string
    router_id string    ## 標識本節點的字條串,通常為hostname
}

#VRRP 例項定義塊
vrrp_sync_group string { 
    group {
        string
        string
    }
}

vrrp_instance string {
    state MASTER|BACKUP
    virtual_router_id num
    interface string
    mcast_src_ip @IP 
    priority num
    advert_int num
    nopreempt
    smtp_alert
    lvs_sync_daemon_interface string 
    authentication {
        auth_type PASS|AH
        auth_pass string
    }

    virtual_ipaddress {  # Block limited to 20 IP addresses @IP
        @IP
        @IP
    }
}

#虛擬伺服器定義塊
virtual_server (@IP PORT)|(fwmark num) { 
    delay_loop num
    lb_algo rr|wrr|lc|wlc|sh|dh|lblc 
    lb_kind NAT|DR|TUN
    persistence_timeout num 
    protocol TCP|UDP
    real_server @IP PORT { 
        weight num
        notify_down /path/script.sh
        TCP_CHECK { 
            connect_port num 
            connect_timeout num
        }
    }

    real_server @IP PORT {
        weight num
        MISC_CHECK {
            misc_path /path_to_script/script.sh(or misc_path “/path_to_script/script.sh <arg_list>”)
        }
    }

    real_server @IP PORT {
        weight num
        HTTP_GET|SSL_GET {
            url { 
                # You can add multiple url block path alphanum
                digest alphanum
            }
            connect_port num
            connect_timeout num 
            nb_get_retry num 
            delay_before_retry num
        }
    }
}

全域性定義塊

1、email通知（notification_email、smtp_server、smtp_connect_timeout）：用於服務有故障時傳送郵件報警，可選項，不建議用。需要系統開啟sendmail服務，建議用第三獨立監控服務，如用nagios全面監控代替。
2、lvs_id：lvs負載均衡器標識，在一個網路內，它的值應該是唯一的。
3、router_id：使用者標識本節點的名稱，通常為hostname
4、花括號｛｝：用來分隔定義塊，必須成對出現。如果寫漏了，keepalived執行時不會得到預期的結果。由於定義塊存在巢狀關係，因此很容易遺漏結尾處的花括號，這點需要特別注意。

VRRP例項定義塊

1. vrrp_sync_group：同步vrrp級，用於確定失敗切換（FailOver）包含的路由例項個數。即在有2個負載均衡器的場景，一旦某個負載均衡器失效，需要自動切換到另外一個負載均衡器的例項是哪
2. group：至少要包含一個vrrp例項，vrrp例項名稱必須和vrrp_instance定義的一致
3. vrrp_instance：vrrp例項名
   1> state：例項狀態，只有MASTER 和 BACKUP兩種狀態，並且需要全部大寫。搶佔模式下，其中MASTER為工作狀態，BACKUP為備用狀態。當MASTER所在的伺服器失效時，BACKUP所在的服務會自動把它的狀態由BACKUP切換到MASTER狀態。當失效的MASTER所在的服務恢復時，BACKUP從MASTER恢復到BACKUP狀態。
   2> interface：對外提供服務的網絡卡介面，即VIP繫結的網絡卡介面。如：eth0，eth1。當前主流的伺服器都有2個或2個以上的介面（分別對應外網和內網），在選擇網絡卡介面時，一定要核實清楚。
   3> mcast_src_ip：本機IP地址
   4> virtual_router_id：虛擬路由的ID號，每個節點設定必須一樣，可選擇IP最後一段使用，相同的 VRID 為一個組，他將決定多播的 MAC 地址。
   5> priority：節點優先順序，取值範圍0～254，MASTER要比BACKUP高
   6> advert_int：MASTER與BACKUP節點間同步檢查的時間間隔，單位為秒
   7> lvs_sync_daemon_inteface：負載均衡器之間的監控介面,類似於 HA HeartBeat 的心跳線。但它的機制優於 Heartbeat，因為它沒有“裂腦”這個問題,它是以優先順序這個機制來規避這個麻煩的。在 DR 模式中，lvs_sync_daemon_inteface與服務介面interface使用同一個網路介面
   8> authentication：驗證型別和驗證密碼。型別主要有 PASS、AH 兩種，通常使用PASS型別，據說AH使用時有問題。驗證密碼為明文，同一vrrp 例項MASTER與BACKUP使用相同的密碼才能正常通訊。
   9> smtp_alert：有故障時是否啟用郵件通知
   10> nopreempt：禁止搶佔服務。預設情況，當MASTER服務掛掉之後，BACKUP自動升級為MASTER並接替它的任務，當MASTER服務恢復後，升級為MASTER的BACKUP服務又自動降為BACKUP，把工作權交給原MASTER。當配置了nopreempt，MASTER從掛掉到恢復，不再將服務搶佔過來。
   11> virtual_ipaddress：虛擬IP地址池，可以有多個IP，每個IP佔一行，不需要指定子網掩碼。注意：這個IP必須與我們的設定的vip保持一致。

虛擬伺服器virtual_server定義塊

1. virtual_server：定義一個虛擬伺服器，這個ip是virtual_ipaddress中定義的其中一個，後面一個空格，然後加上虛擬服務的埠號。
   1> delay_loop：健康檢查時間間隔，單位：秒
   2> lb_algo：負載均衡排程演算法，網際網路應用常用方式為wlc或rr
   3> lb_kind：負載均衡轉發規則。包括DR、NAT、TUN 3種，一般使用路由（DR）轉發規則。
   4> persistence_timeout：http服務會話保持時間，單位：秒
   5> protocol：轉發協議，分為TCP和UDP兩種
2. real_server：真實伺服器IP和埠，可以定義多個
   1> weight：負載權重，值越大，轉發的優先順序越高
   2> notify_down：服務停止後執行的指令碼
   3> TCP_CHECK：服務有效性檢測
   * connect_port：服務連線埠
   * connect_timeout：服務連線超時時長，單位：秒
   * nb_get_retry：服務連線失敗重試次數
   * delay_before_retry：重試連線間隔，單位：秒