Keepalived詳解：原理、編譯安裝與高可用集羣配置詳情 - 操作系統 dashery 博客

在高可用架構中，避免單點故障至關重要。Keepalived正是為了解決這一問題而生的輕量級工具。本文將深入淺出地介紹Keepalived的工作原理，並提供從編譯安裝到實戰配置的完整指南。

1. Keepalived簡介與工作原理

Keepalived是一個基於VRRP協議（虛擬路由冗餘協議） 實現的高可用解決方案。它的核心目標是通過自動故障轉移來確保服務的連續性。

1.1 核心思想：VRRP協議

想象一個場景：兩台路由器提供相同的功能，一台是主節點（Master），另一台是備節點（Backup）。它們共同擁有一個虛擬IP地址（VIP，Virtual IP），客户端只訪問這個VIP。

正常工作：主節點持有VIP並對外提供服務。它會週期性地向備份節點發送VRRP通告包（組播地址為224.0.0.18），宣告自己“健在”。
故障發生：當備份節點在指定時間內收不到主節點的VRRP通告包時，它會認為主節點發生了故障。
自動切換：此時，備份節點會根據優先級選舉（優先級最高的備份節點獲勝）接管VIP，並將其綁定到自己的網絡接口上，從而無縫地接替主節點繼續提供服務。這個過程對客户端來説是透明的，從而實現了高可用。

1.2 Keepalived的三大模塊

Keepalived主要由三個模塊構成：

Core模塊：作為核心，負責主進程的啓動、維護及全局配置文件的加載和解析。
Check模塊：負責健康檢查，支持對負載均衡器後端的真實服務器進行TCP檢查、HTTP_GET檢查等，確保只有健康的服務器才接收流量。
VRRP模塊：這是實現VRRP協議的功能模塊，負責處理主備節點間的通信和狀態切換。

2. 安裝Keepalived

安裝Keepalived主要有兩種方式：通過系統包管理器安裝和通過源代碼編譯安裝。前者簡單快捷，後者則能提供更新的版本和更靈活的定製選項。

2.1 YUM安裝（快速上手）

在基於RHEL/CentOS的系統上，可以使用yum命令直接安裝：

yum install keepalived -y

安裝後，可以使用systemctl命令來管理服務：

systemctl start keepalived.service    # 啓動
systemctl enable keepalived.service   # 設置開機自啓
systemctl status keepalived.service   # 查看狀態

2.2 源碼編譯安裝（推薦用於生產）

源碼安裝可以獲得最新版本，並允許進行自定義配置。

步驟1：安裝依賴包
編譯前需要安裝必要的開發工具和庫：

yum install -y gcc openssl-devel libnl3-devel libnfnetlink-devel net-snmp-devel curl make

步驟2：下載、編譯與安裝
從官方下載源碼包，然後進行編譯安裝。使用 --prefix 參數可以指定安裝目錄，便於管理。

# 進入常用源碼目錄，下載（請替換為最新穩定版鏈接）
cd /usr/local/src/
curl -O http://keepalived.org/software/keepalived-2.2.4.tar.gz
# 或使用 wget https://www.keepalived.org/software/keepalived-2.2.4.tar.gz

# 解壓並進入目錄
tar xvf keepalived-2.2.4.tar.gz
cd keepalived-2.2.4

# 配置、編譯並安裝
./configure --prefix=/usr/local/keepalived
make && make install

步驟3：配置系統服務
為了方便管理，需要將Keepalived配置為系統服務。

將啓動腳本複製到系統目錄：

cp /usr/local/src/keepalived-2.2.4/keepalived/keepalived.service /usr/lib/systemd/system/

重新加載systemd配置：
```
systemctl daemon-reload
```

3. 配置Keepalived實現主備高可用

下面以配置一個簡單的主備高可用集羣為例。假設我們有兩台服務器：

主節點（Master）：物理IP為 192.168.10.11
備節點（Backup）：物理IP為 192.168.10.12
虛擬IP（VIP）：192.168.10.100

3.1 主節點（Master）配置

編輯配置文件 /etc/keepalived/keepalived.conf（如果源碼安裝，可能需要手動創建/etc/keepalived目錄並將配置文件放置於此）：

! Configuration File for keepalived

global_defs {
   router_id LVS_MASTER_01  # 本節點標識，建議唯一
}

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER            # 初始狀態設為MASTER
    interface eth0          # 監聽VRRP通告和綁定VIP的網卡名，請根據實際情況修改
    virtual_router_id 51    # 虛擬路由ID，同一集羣內主備節點必須相同（0-255）
    priority 100            # 優先級（1-254），主節點應高於備節點
    advert_int 1            # 通告間隔（秒）

    authentication {        # 認證配置，主備需一致
        auth_type PASS      # 認證類型
        auth_pass 1111      # 認證密碼
    }

    virtual_ipaddress {
        192.168.10.100/24   # 定義的虛擬IP(VIP)，可多個
    }
}

3.2 備節點（Backup）配置

備節點的配置與主節點相似，主要區別在於 state 和 priority。

! Configuration File for keepalived

global_defs {
   router_id LVS_BACKUP_01  # 備節點標識
}

vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP            # 初始狀態設為BACKUP
    interface eth0
    virtual_router_id 51    # 必須與主節點相同
    priority 90             # 優先級低於主節點
    advert_int 1

    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111      # 密碼與主節點相同
    }

    virtual_ipaddress {
        192.168.10.100/24
    }
}

3.3 啓動服務並驗證

啓動服務：在主備節點上分別啓動Keepalived。
```
systemctl start keepalived
```

檢查虛擬IP：在主節點上執行 ip addr show eth0 命令，應該能看到VIP 192.168.10.100 已經綁定在 eth0 網卡上。

2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:xx:xx:xx brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.10.11/24 brd 192.168.10.255 scope global noprefixroute eth0
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet 192.168.10.100/24 scope global secondary eth0:0
       valid_lft forever preferred_lft forever

模擬故障測試：將主節點的Keepalived服務停止（systemctl stop keepalived）或直接關閉主服務器。然後在備節點上再次執行 ip addr 命令，會發現VIP已經"漂移"到了備節點上。此時通過VIP訪問服務，應仍然正常，從而實現了高可用。

4. 核心配置參數解析

下表總結了關鍵配置參數的含義：

參數項	含義與説明
`global_defs`	全局配置段
`router_id`	本機標識，通常使用主機名，用於在集羣中區分不同節點
`vrrp_instance`	定義一個VRRP實例（一個虛擬路由器）
`state`	初始狀態，`MASTER` 或 `BACKUP`，但最終狀態由優先級決定
`interface`	綁定VIP和發送VRRP通告的物理網卡
`virtual_router_id`	虛擬路由ID，同一組主備節點必須完全相同
`priority`	優先級（1-254），決定誰成為Master，值越大優先級越高
`advert_int`	主節點發送VRRP通告報文的時間間隔（秒）
`authentication`	節點間通信認證，防止未經授權的節點加入
`auth_type`	認證方式，一般為 `PASS`（密碼認證）
`auth_pass`	認證密碼，最多8位，主備節點必須一致
`virtual_ipaddress`	定義的虛擬IP地址，即VIP

5. 非搶佔模式

默認情況下，Keepalived工作在搶佔模式。這意味着當原Master節點恢復後，它會重新搶佔VIP，奪回Master身份。在某些場景下，我們可能希望故障恢復後的節點作為新的備份，以避免服務因再次切換而波動。這時可以配置非搶佔模式。

在vrrp_instance配置段中添加：

nopreempt  # 啓用非搶佔模式

需要注意的是，在非搶佔模式下，初始狀態state建議都設置為BACKUP。

總結

Keepalived通過VRRP協議提供了一種簡單而高效的高可用解決方案。從理解其核心原理到動手編譯安裝，再到根據實際需求配置主備或非搶佔模式，您已經可以構建基礎的高可用集羣。在生產環境中，通常還會結合Nginx、LVS、HAProxy等負載均衡器，並編寫自定義的健康檢查腳本，以構建更加健壯和複雜的應用高可用架構。

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