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用 HAVIP+Keepalived 搭建高可用主备集群

最后更新时间:2021-08-27 14:50:50

    本文将介绍如何在腾讯云 VPC 内通过 keepalived 软件 + 高可用虚拟 IP (HAVIP) 搭建高可用主备集群。

    说明:

    目前 HAVIP 产品处于灰度优化中,切换的时延在10s左右,如有需要,请提交内测申请。

    基本原理

    通常高可用主备集群包含2台服务器,一台主服务器处于某种业务的激活状态(即 Active 状态),另一台备服务器处于该业务的备用状态(即 Standby 状态),它们共享同一个 VIP(Virtual IP)。同一时刻,VIP 只在一台主设备上生效,当主服务器出现问题时,备用服务器接管 VIP 继续提供服务。高可用主备模式有着广泛的应用,例如,MySQL 主备切换、Nginx Web 接入。

    在 VPC 的云服务器间可以通过部署 Keepalived 来实现高可用主备集群。Keepalived 是基于 vrrp 协议的一款高可用软件,Keepalived 配置通过 keepalived.conf 文件完成。

    • 在传统的物理网络中,可以通过 keepalived 的 VRRP 协议协商主备状态,其原理是:主设备周期性发送免费 ARP 报文刷新上联交换机的 MAC 表或终端 ARP 表,触发 VIP 迁移到主设备上。
    • 在腾讯云 VPC 中,支持部署 keepalived 来搭建主备高可用集群。与物理网络相比,主要区别是:
      • 使用的 VIP 必须是从腾讯云申请的 高可用虚拟 IP (HAVIP)
      • VIP 有子网属性,只能在同一个子网下的机器间宣告绑定。

    注意事项

    • 推荐使用单播方式进行 VRRP 通信。

    • 推荐使用 Keepalived(1.2.24版本及以上)。

    • 确保已经配置以下 garp 相关参数。因为 keepalived 依赖 ARP 报文更新 IP 信息,如果缺少以下参数,会导致某些场景下,主设备不发送 ARP 导致通信异常。

      garp_master_delay 1
      garp_master_refresh 5
      
    • 确保同一 VPC 下的每个主备集群需要配置不同的 vrrp router id。

    • 确定没有采用 strict 模式,即需要删除“vrrp_strict” 配置。

    • 控制单个网卡上配置的 VIP 数量,建议目前在单个网卡绑定的高可用虚拟 IP 数量不超过5个。如果需要使用多个虚拟 IP,建议在 keepalived 配置文件的 global_defs 段落添加或修改配置 “vrrp_garp_master_repeat 1”。

    • 通过调节 adver_int 参数的大小,在抗网络抖动及灾害恢复速度进行平衡取舍。当 advert_int 参数过小,容易受网络抖动影响发生频繁倒换和暂时 双主(脑裂) 直到网络恢复。当 advert_int 参数过大,会导致主机器故障后,主备倒换慢(即服务暂停时间长)。请充分评估双主(脑裂)对业务的影响!

    • track_script 脚本的具体执行项(如 checkhaproxy )中的 interval 参数请适当提高,避免脚本执行超时导致 FAULT 状态的发生。

    • 可选:注意日志打印导致的磁盘使用量上涨,可以通过 logrotate 等工具解决。

    操作步骤

    注意:

    本文操作步骤均以如下环境条件为例,实际操作时,请您务必使用实际环境参数进行替换。

    • 主节点云服务器:HAVIP-01,172.16.16.5
    • 备节点云服务器:HAVIP-02,172.16.16.6
    • 高可用HAVIP:172.16.16.12
    • 弹性公网IP:81.71.14.118
    • 镜像版本:CentOS 7.6 64位

    步骤1:申请 VIP

    1. 登录 私有网络控制台
    2. 在左侧导航栏中,选择【IP 与网卡】>【高可用虚拟 IP】。
    3. 在 HAVIP 管理页面,选择所在地域,单击【申请】。
    4. 在弹出的【申请高可用虚拟 IP】对话框中输入名称,选择 HAVIP 所在的私有网络和子网等信息,单击【确定】即可。
      说明:

      HAVIP 的 IP 地址可以自动分配,也可以手动填写。如果您选择手动填写,请确认填写内网 IP 在所属子网网段内,且不属于系统保留 IP。例如,所属子网网段为:10.0.0.0/24,则可填的内网 IP 范围 为:10.0.0.2 - 10.0.0.254。


      申请成功的 HAVIP 如下图所示。

    步骤2:在主服务器和备服务器上安装 keepalived 软件(推荐1.2.24版本及以上)

    本文以 CentOS 7.6镜像类型服务器为例提供 keepalived 的安装方法。

    1. 查看 keepalived 软件包版本号是否符合要求。

      yum list keepalived
      
      • 是 = 执行2
      • 否 = 执行3
    2. 使用 yum 方式安装软件包。

      yum install -y keepalived
      
    3. 使用源码方式安装软件包。

      tar zxvf keepalived-1.2.24.tar.gz
      cd keepalived-1.2.24
      ./configure --prefix=/
      make; make install
      chmod +x /etc/init.d/keepalived   //防止出现 env: /etc/init.d/keepalived: Permission denied
      

    步骤3:配置 keepalived,绑定高可用 VIP 到主备云服务器

    1. 登录主节点云服务器 HAVIP-01,执行 vim /etc/keepalived/keepalived.conf,修改相关配置。

      说明

      HAVIP-01 和 HAVIP-02 在本例中将被配置成“等权重节点”,即 state 均为 BACKUP,priority 均为 100。优点是可以减少抖动造成的倒换次数。

       ! Configuration File for keepalived
      global_defs {
       notification_email {
         acassen@firewall.loc
         failover@firewall.loc
         sysadmin@firewall.loc
       }
       notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc
       smtp_server 192.168.200.1   
       smtp_connect_timeout 30
       router_id LVS_DEVEL
       vrrp_skip_check_adv_addr
       vrrp_garp_interval 0
       vrrp_gna_interval 0
      }
      vrrp_script checkhaproxy
      {
         script "/etc/keepalived/do_sth.sh"   # 检测业务进程是否运行正常。其中“do_sth.sh”文件为用户自定义的业务进程检测脚本,请根据业务需要来执行,执行时“do_sth.sh”更换为实际的脚本名称。
         interval 5
      }
      vrrp_instance VI_1 {
      # 注意主备参数选择
      state BACKUP              # 设置初始状态均为“备“
        interface eth0          # 设置绑定 VIP 的网卡 例如 eth0  
        virtual_router_id 51    # 配置集群 virtual_router_id 值
        nopreempt               # 设置非抢占模式,
        # preempt_delay 10      # 仅 state MASTER 时生效    
        priority 100            # 两设备是相同值的等权重节点
        advert_int 5        
        authentication {
            auth_type PASS
            auth_pass 1111
        }
        unicast_src_ip 172.16.16.5  # 设置本机内网IP地址
        unicast_peer {
            172.16.16.6             # 对端设备的 IP 地址
        }
        virtual_ipaddress {
            172.16.16.12           # 设置高可用虚拟 VIP 
        }
        notify_master "/etc/keepalived/notify_action.sh MASTER"
        notify_backup "/etc/keepalived/notify_action.sh BACKUP"
        notify_fault "/etc/keepalived/notify_action.sh FAULT"
        notify_stop "/etc/keepalived/notify_action.sh STOP"
        garp_master_delay 1    # 设置当切为主状态后多久更新 ARP 缓存
        garp_master_refresh 5   # 设置主节点发送 ARP 报文的时间间隔
         track_interface {
                    eth0               # 使用绑定 VIP 的网卡 例如 eth0
            }
        track_script {
           checkhaproxy 
        }
      }
      
    2. 按“esc”退出编辑状态,输入:wq!保存并退出。

    3. 登录备节点云服务器 HAVIP-02,执行 vim /etc/keepalived/keepalived.conf,修改相关配置。

      ! Configuration File for keepalived
      global_defs {
      notification_email {
       acassen@firewall.loc
       failover@firewall.loc
       sysadmin@firewall.loc
      }
      notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc
      smtp_server 192.168.200.1
      smtp_connect_timeout 30
      router_id LVS_DEVEL
      vrrp_skip_check_adv_addr
      vrrp_garp_interval 0
      vrrp_gna_interval 0
      }
      vrrp_script checkhaproxy
      {
      script "/etc/keepalived/do_sth.sh"
       interval 5
      }
      vrrp_instance VI_1 {
      # 注意主备参数选择
      state BACKUP            # 设置初始状态均为“备“
      interface eth0          # 设置绑定 VIP 的网卡 例如 eth0  
      virtual_router_id 51    # 配置集群 virtual_router_id 值
      nopreempt               # 设置非抢占模式
      # preempt_delay 10      # 仅 state MASTER 时生效   
      priority 100            # 两设备是相同值的等权重节点
      advert_int 5       
      authentication {
          auth_type PASS
          auth_pass 1111
      }
      unicast_src_ip 172.16.16.6  # 设置本机内网 IP 地址
      unicast_peer {
          172.16.16.5             # 对端设备的 IP 地址
      }
      virtual_ipaddress {
          172.16.16.12           # 设置高可用虚拟 VIP 
      }
      notify_master "/etc/keepalived/notify_action.sh MASTER"
      notify_backup "/etc/keepalived/notify_action.sh BACKUP"
      notify_fault "/etc/keepalived/notify_action.sh FAULT"
      notify_stop "/etc/keepalived/notify_action.sh STOP"
      garp_master_delay 1    # 设置当切为主状态后多久更新 ARP 缓存
      garp_master_refresh 5   # 设置主节点发送ARP报文的时间间隔
      track_interface {
                  eth0               # 使用绑定 VIP 的网卡 例如 eth0
          }
      track_script {
         checkhaproxy 
      }
      }
      
    4. 按“esc”退出编辑状态,输入:wq!保存并退出。

    5. 重启 keepalived 进程使配置生效。

      systemctl start keepalived
      
    6. 检查两台云服务器的主备状态,并确认 HAVIP 已经正确的绑定到主备服务器。

      说明:

      此示例中 HAVIP-01 先启动 keepalived 服务,所以正常情况下,HAVIP-01 将被选择为主节点。

      登录 高可用虚拟 IP 控制台,可以看到 HAVIP 绑定的云服务器为主节点云 HAVIP-01,如下图所示。

    步骤4:VIP 绑定弹性公网 IP(可选)

    1. 高可用虚拟 IP 控制台,单击 步骤一 中申请的 HAVIP 所在行的【绑定】。
    2. 在弹出的【绑定弹性公网 IP 】对话框中选择待绑定的 EIP,并单击【确定】。如果没有可用的 EIP,请先在 弹性公网 IP控制台申请。

    步骤5:使用 notify_action.sh 进行简单的日志记录(可选)

    keepalived 主要日志仍然记录在“/var/log/message”中,可以通过添加 notify 的脚本来进行简单的日志记录。

    1. 登录云服务器,执行 vim /etc/keepalived/notify_action.sh 命令添加脚本“notify_action.sh”,脚本内容如下:

      #!/bin/bash
      #/etc/keepalived/notify_action.sh
      log_file=/var/log/keepalived.log
      log_write()
      {
      echo "[`date '+%Y-%m-%d %T'`] $1" >> $log_file
      }
      [ ! -d /var/keepalived/ ] && mkdir -p /var/keepalived/
      case "$1" in
      "MASTER" )
          echo -n "$1" > /var/keepalived/state
          log_write " notify_master"
          echo -n "0" /var/keepalived/vip_check_failed_count
          ;;
      "BACKUP" )
          echo -n "$1" > /var/keepalived/state
          log_write " notify_backup"
          ;;
      "FAULT" )
          echo -n "$1" > /var/keepalived/state
          log_write " notify_fault"
          ;;
      "STOP" )
          echo -n "$1" > /var/keepalived/state
          log_write " notify_stop"
          ;;
      *)
          log_write "notify_action.sh: STATE ERROR!!!"
          ;;
      esac
      
    2. 执行 chmod a+x /etc/keepalived/notify_action.sh 修改脚本权限。

    步骤6:验证主备倒换时 VIP 及外网 IP 是否正常切换

    通过重启 keepalived 进程、重启子机等方式模拟主机故障,检测 VIP 是否能正常迁移。

    • 如果完成了主备切换,则可以看到控制台的绑定主机已经切换为 backup 云服务器。
    • 另外,也可以从 VPC 内 ping VIP 的方式,查看网络中断到恢复的时间间隔,每切换一次,ping 中断的时间大约为4秒。从公网侧 ping HAVIP 绑定的 EIP,可以查看网络中断到恢复的时间间隔,每切换一次,ping 中断的时间大致为4秒。
    • 使用 ip addr show 检查 havip 是否出现主设备网卡上。
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