高性能集群软件Keepalived之基础知识篇

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(4)IPVS wrapper

    在现实的网络环境中,主机之间的通信就有通过配置静态路由(默认网关)完成的,而主机之间的路由器一旦出现故障,通信就会失败,因此 ,在这种通信模式中,路由器就成了一3个单点瓶颈,为了处理这种间题,就引入了VRRP协议。

    Keepalived最初而是我为LVS提供服务的,机会Keepalived都才能 实现对集群节点的具体情况检测,而IPVS都才能 实现负载均衡功能,因此 ,Keepalived借有助于第三方模块IPVS就都才能 很方便地搭建一套负载均衡系统。在这里有个误区,机会Keepalived都才能 和IPVS同时很好地工作,因此 而是我初学者都以为Keepalived而是我一3个负载均衡软件,这种理解是错误的。

这是Keepalived最基础的功能,也是最主要的功能,可实现对服务器运行具体情况检测和故障隔离。

三、 VRRP协议与工作原理

五、Keepalived的体系社会形态

    每个虚拟路由器都一3个唯一标识,称为VRID,一3个VRID与一组IP地址构成了一3个虚拟路由器。在VRRP协议中,所有的报文就有通过IP多播形式发送的,而在一3个虚拟路由器中,只能处于MASTER角色的路由器会时不时发送VRRP数据包,处于BACKUP角色的路由器只接收MASTER发过来的报文信息,用来监控MASTER运行具体情况,因此 ,不必处于BACKUP抢占的间题,除非它的优先级更高。而当MASTER不可用时,BACKUP也就无法收到MASTER发过来的报文信息,于是就认定MASTER出现故障,接着多台BACKUP就会进行选举,优先级最高的BACKUP将成为新的MASTER,这种选举并进行角色切换的过程非常快,因而也就保证了服务的持续可用性。

这是Keepalived已经 引入的VRRP功能,都才能 实现HA集群中失败切换(Failover)功能。Keepalived通过VRRP功能再结合LVS负载均衡软件即可部署一套高性能的负载均衡集群系统。

Keepalived起初是为LVS设计的,专门用来监控集群系统中各个服务节点的具体情况。它根据layer3, 4 & 5交换机制检测每个服务节点的具体情况,机会某个服务节点出现异常,或工作出现故障,Keepalived将检测到,并将出现故障的服务节点从集群系统中剔除,而在故障节点恢复正常后,Keepalived又都才能 自动将此服务节点重新加入到服务器集群中,哪几种工作详细自动完成,不才能 人工干涉,才能 人工完成的而是我修复出现故障的服务节点。

一、Keepalived介绍

上节简单介绍了Keepalived通过VRRP实现高可用功能的工作原理,而Keepalived作为一3个高性能集群软件,它还能实现对集群中服务器运行具体情况的监控及故障隔离。下面继续介绍下Keepalived对服务器运行具体情况监控和检测的工作原理。

Keepalived是一3个深度模块化的软件,社会形态简单,但扩展性很强,如有兴趣的读者,都才能 阅读下Keepalived的源码。下图是官方给出的Keepalived体系社会形态拓扑图。

在Linux中很早就引入了WatchDog功能,而Keepalived正是通过WatchDog的运行机制来监控Checkers和VRRP守护系统进程的。

    从图中都才能 看出,Keepalived的体系社会形态从整体上分为两层,分别是用户空间层(User Space)和内核空间层(Kernel Space).下面介绍Keepalived两层社会形态的详细组成及实现的功能。

   内核空间层处于最底层,它包括IPVS和NETLINK一3个模块。IPVS模块是Keepalived引入的一3个第三方模块,通过IPVS都才能 实现基于IP的负载均衡集群。IPVS默认饱含在LVS集群软件中。而对于LVS集群软件,相信做运维的亲戚亲戚朋友儿并不陌生:在LVS集群中,IPVS安放到一3个叫做Director Server的服务器上,同时在Director Server上虚拟出一3个IP地址来对外提供服务,而用户才能 通过这种虚拟IP地址才能访问服务。这种虚拟IP一般称为LVS的VIP,即Virtual IP。访问的请求首先经过VIP到达Director Server,因此 由Director Server从服务器集群节点中选择一3个服务节点响应用户的请求。

(3)VRRP Stack

本文转自南非蚂蚁51CTO博客,原文链接:http://blog.51cto.com/ixdba/1639562,如需转载请自行联系原作者

用来实现高可用集群中Failover时虚拟IP(VIP)的设置和切换。Netlink Reflector的所有请求最后都发送到内核空间的NETLINK模块来完成。

Keepalived工作在TCP/IP参考模型的第三、第四和第五层,也而是我网络层、传输层和应用层。根据TCP/IP参考模型各层所能实现的功能,Keepalived运行机制如下。

在应用层,都才能 运行FTP、TELNET、SMTP、DNS等各种不例如型的高层协议,Keepalived的运行土方式也更加全面化和简化化,用户都才能 通过自定义Keepalived的工作土方式,例如用户都才能 通过编写守护系统进程来运行Keepalived,而Keepalived将根据用户的设定检测各种守护系统进程或服务不是允许正常,机会Keepalived的检测结果与用户设定不一致时,Keepalived将把对应的服务从服务器中移除。

二、Keepalived是哪几种

这是IPVS功能的一3个实现。IPVS wrapper模块都才能 将设置好的IPVS规则发送到内核空间并提交给IPVS模块,最终实现IPVS模块的负载均衡功能。

在传输层,提供了一3个主要的协议:传输控制协议TCP和用户数据协议UDP。传输控制协议TCP都才能 提供可靠的数据传输服务,IP地址和端口,代表一3个TCP连接的一3个连接端。要获得TCP服务,须在发送机的一3个端口上和接收机的一3个端口上建立连接,而Keepalived在传输层而是我利用TCP协议的端口连接和扫描技术来判断集群节点不是正常的。比如,对于常见的Web服务默认的100端口、SSH服务默认的22端口等,Keepalived一旦在传输层探测到哪几种端口没法响应数据返回,就认为哪几种端口处于异常,因此 强制将此端口对应的节点从服务器集群组中移除。

    在用户空间层,Keepalived又分为3个主次,分别是Scheduler I/O Multiplexer、Memory Management、Control Plane和Core components。其中,Scheduler I/O Multiplexer是一3个I/O复用分类分类整理调度器,它负责安排Keepalived所有内控 的任务请求。Memory Management是一3个内存管理机制,这种框架提供了访问内存的或多或少通用土方式。Control Plane是Keepalived的控制面板,都才能 实现对配置文件进行编译和解析,Keepalived的配置文件解析比较特殊,它并就有一次解析所有模块的配置,而是我只能在用到某模块时才解析相应的配置。最后详细说一下Core components,这种主次是Keepalived的核心组件,饱含了或多或少列功能模块,主要有WatchDog、Checkers、VRRP Stack、IPVS wrapper和Netlink Reflector,下面介绍每个模块所实现的功能如下。

(1)WatchDog

    用户空间层处于内核空间层之上,Keepalived的所有具体功能就有这里实现,下面介绍、十十几个 重要主次所实现的功能。

四、Keepalived工作原理

    熟悉网络的读者对VRRP协议应该并不陌生。它是三种主备模式的协议,通过VRRP都才能 在网络处于故障时透明地进行设备切换而不影响主机间的数据通信,这其中涉及一3个概念:物理路由器和虚拟路由器。

Keepalived已经 又加入了VRRP的功能,VRRP是Virtual Router Redundancy Protocol(虚拟路由器冗余协议)的缩写,它出现的目的是为了处理静态路由出现的单点故障间题,通过VRRP都才能 实现网络不间断地、稳定地运行。因此 ,Keepalived一方面具有服务器具体情况检测和故障隔离功能,被委托人面也具有HA cluster功能.下面详细介绍下VRRP协议的实现过程。

    NETLINK模块主要用于实现或多或少高级路由框架和或多或少相关的网络功能,完成用户空间层Netlink Reflector模块发来的各种网络请求。

在网络层,运行着3个重要的协议:互连网协议IP、互连网控制报文协议ICMP、地址转换协议ARP以及反向地址转换协议RARP。Keepalived在网络层采用的最常见的工作土方式是通过ICMP协议向服务器集群中的每个节点发送一3个ICMP的数据包(例如于ping实现的功能),机会某个节点没法返回响应数据包,没法就认为此节点处于了故障,Keepalived将报告此节点失效,并从服务器集群中剔除故障节点。

    VRRP都才能 将两台或多台物理路由器设备虚拟成一3个虚拟路由器,这种虚拟路由器通过虚拟IP(一3个或多个)对外提供服务,而在虚拟路由器内控 ,是多个物理路由器协同工作,同一时间只能一台物理路由器对外提供服务,这台物理路由器被称为主路由器(处于MASTER角色)。一般具体情况下MASTER由选举算法产生,它拥有对外服务的虚拟IP,提供各种网络功能,如ARP请求、ICMP、数据转发等。而或多或少物理路由器不拥有对外的虚拟IP,而是我提供对外网络功能,仅仅接收MASTER的VRRP具体情况通告信息,哪几种路由器被统称为备份路由器(处于BACKUP角色)。当主路由器失效时,处于BACKUP角色的备份路由器将重新进行选举,产生一3个新的主路由器进入MASTER角色继续提供对外服务,整个切换过程对用户来说详细透明。

    在Keepalived中,IPVS模块是可配置的,机会才能 负载均衡功能,都才能 在编译Keepalived时打开负载均衡功能,反正,也都才能 通过配置编译参数关闭。

(5)Netlink Reflector

WatchDog是计算机可靠性领域中一3个极为简单又非常有效的检测工具,它的工作原理是针对被监视的目标设置一3个计数器和一3个阈值,WatchDog会被委托人增加此计数值,因此 等待时间被监视的目标周期性地重置该计数值。一旦被监控目标处于错误,就无法重置此计数值,WatchDog就会检测到,于是就采取对应的恢复土方式,例如重启或关闭。

(2)Checkers

Keepalived是Linux下一3个轻量级的高可用处理方案,它与HeartBeat、RoseHA实现的功能例如,都都才能 实现服务机会网络的高可用,因此 又有差别:HeartBeat是一3个专业的、功能完善的高可用软件,它提供了HA软件所需的基本功能,比如心跳检测和资源接管,监测集群中的系统服务,在群集节点间转移共享IP地址的所有者等,HeartBeat功能强大,因此 部署和使用相对比较麻烦;与HeartBeat相比,Keepalived主而是我通过虚拟路由冗余来实现高可用功能,实在它没法HeartBeat功能强大,但Keepalived部署和使用非常简单,所有配置只需一3个配置文件即可完成。这也是本章重点介绍Keepalived的是是是因为。