高可用性软件概述
在高可用性软件领域，我们经常会听到Heartbeat、Corosync、Pacemaker、keepalived等软件。经常有人问，我们到底应该选择哪一个：Heartbeat、Corosync还是Keepalived？
首先要说明的是，Heartbeat和Corosync属于同类软件，而Keepalived与Heartbeat和Corosync根本不是同类软件。Keepalived使用的是vrrp协议方式，即虚拟路由冗余协议（Virtual Router Redundancy Protocol，简称VRRP）。而Heartbeat和Corosync是基于主机或网络服务的高可用性方式。
简而言之，Keepalived的目标是模拟路由器的高可用性，而Heartbeat或Corosync的目标是实现服务的高可用性。通常Keepalived用于实现前端的高可用性，常见的前端高可用性组合有LVS+Keepalived、Nginx+Keepalived和HAproxy+Keepalived。而Heartbeat或Corosync通常用于实现服务的高可用性，常见的组合有Heartbeat v3(Corosync)+Pacemaker+NFS+Httpd实现Web服务器的高可用性和Heartbeat v3(Corosync)+Pacemaker+NFS+MySQL实现MySQL服务器的高可用性。
Keepalived实现了轻量级的高可用性，通常用于前端的高可用性，不需要共享存储，通常用于具有两个节点的高可用性。而Heartbeat（或Corosync）通常用于服务的高可用性，需要共享存储，通常用于具有多个节点的高可用性。
下面主要介绍一下Keepalived。
详解Keepalived
Keepalived是什么？
Keepalived是用于保证集群系统的高可用性的服务软件，用于防止单点故障。Keepalived最初是为了LVS调度节点的高可用性而设计的，专门用于监控集群系统中各个服务节点的状态。如果某个服务节点出现异常或故障，Keepalived将检测到并将该服务节点从集群系统中剔除，对于LVS而言，也就是替后端realserver进行健康状态监测。当故障节点恢复正常后，Keepalived会自动将该服务节点重新加入服务器集群中。这些操作全部自动完成，无需人工干预，而仅需人工干预的是修复出现故障的服务节点。
后来，Keepalived还实现了VRRP协议的功能，用于实现基于VRRP协议的LVS服务的高可用性方案，以避免单点故障。例如，一个LVS服务会有两台运行Keepalived的服务器，一台为主服务器（MASTER）一台为备份服务器（BACKUP），但对外显现为一个虚拟IP。主服务器会向备份服务器发送特定的消息，当备份服务器收不到这个消息时（也就是主服务器宕机时）备份服务器就会接管虚拟IP，从而继续提供服务，以确保高可用性。Keepalived是VRRP协议的完美实现，在介绍Keepalived之前，先介绍一下VRRP的原理。
VRRP工作机制
首先我们来看两个概念：VRRP路由器和VRRP虚拟路由器。
1. VRRP路由器：
指的是运行了VRRP协议实现程序的物理路由器，一台VRRP物理路由器可以位于多个虚拟路由器。
2. VRRP虚拟路由器：
所谓虚拟是指并不存在的，通常由多台物理的VRRP路由器组成，就好比这些物理路由器丢到一个池里，对外看起来就像是一台路由器，但实际上内部有多台虚拟路由器。
接下来再来看一下VRRP的工作机制：
VRRP是Virtual Router Redundancy Protocol（虚拟路由冗余协议）的缩写，可以视为实现路由器高可用性的协议，旨在解决静态路由的单点故障。VRRP通过一种竞选协议动态将LAN中的路由任务交给某台VRRP路由器来实现。将N台提供相同功能的路由器组成一个路由器组，这个组里有一个主机和多个备份。主机上有一个对外服务的vip（该路由器所在局域网内其他机器的默认路由为该vip）。主机会发送组播信息，当备份收不到这个信息时就认为主机故障了，这时根据VRRP的优先级选举一个胜出的备份变成主机。这样就实现了路由器的高可用性。Keepalived巧妙地利用VRRP协议实现高可用性（HA）。VRRP的所有协议报文都是通过IP多播（multicast）包发送。虚拟路由器由VRID（范围0-255）和一组IP地址组成，对外表现为一个已知的MAC地址。在虚拟路由器中，不管是谁是主机，对外都表现出相同的MAC和IP（称为VIP）。客户端主机不需要更改自身的路由配置因为主机的改变，对客户端来说，这种主从切换是透明的。只有作为主机的VRRP路由器会一直发送VRRP通告信息，备份不会抢占主机，除非有更高优先级的备份才能抢占主机。这种切换非常迅速（小于1秒），以确保服务的连续性。由于安全考虑，VRRP包使用了加密协议进行加密。
VRRP工作流程：
1) 初始化
路由器启动时，如果路由器的优先级是255（最高优先级，路由器拥有路由器地址），则会发送VRRP通告信息和广播ARP信息，将路由器IP地址对应的MAC地址设为虚拟MAC，设置定时器以准备定时发送VRRP通告信息，并转换成主机状态；否则，进入备份状态，设置定时器以检查是否收到主机的通告信息。
2) 主机
- 设置定时通告定时器；
- 用虚拟MAC地址响应路由器IP地址的ARP请求；
- 转发目的MAC地址是虚拟MAC的数据包；
- 如果拥有虚拟路由器IP，则接收目的地址为虚拟路由器IP的数据包，否则丢弃；
- 收到shutdown事件时，删除定时通告定时器，发送优先权为0的通告包，并转换为初始化状态；
- 在定时通告定时器超时时，发送VRRP通告信息；
- 收到VRRP通告信息后，如果优先级为0，则发送VRRP通告信息；否则，判断数据的优先级是否高于本机，或者优先级相等但实际IP地址大于本地实际IP，设置定时通告定时器，复位主机超时定时器，转换为备份状态；否则，丢弃该通告包；
3）备份
- 设置主机超时定时器；
- 无法响应针对虚拟路由器IP的ARP请求信息；
- 丢弃所有目的MAC地址是虚拟路由器MAC地址的数据包；
- 不接受目的MAC地址是虚拟路由器IP的所有数据包；
- 收到shutdown事件时，删除主机超时定时器，并转换为初始化状态；
- 当主机超时定时器到期时，发送VRRP通告信息和广播ARP地址信息，并转换为主机状态；
- 收到VRRP通告信息后，如果优先级为0，表示进行主机选举；否则，判断数据的优先级是否高于本机，如果是，则承认主机有效，复位主机超时定时器；否则，丢弃该通告包；
VRRP ARP查询处理：
当内部主机通过ARP查询虚拟路由器IP地址对应的MAC地址时，主机的响应MAC地址为VRRP的虚拟MAC地址，而不是实际网卡的MAC地址，这样在路由器切换时内网机器感知不到。当路由器重新启动时，也不会主动发送本地网卡的实际MAC地址。如果虚拟路由器开启了ARP代理（proxy_arp）功能，则代理的ARP响应也会响应VRRP虚拟MAC地址。
Keepalived架构
Keepalived也是经过模块化设计的，不同的模块负责不同的功能。下面是Keepalived的相关模块：core、check、vrrp、libipfwc、libipvs-2.4、libipvs-2.6。
core：负责Keepalived的核心功能，包括主进程的启动和维护以及全局配置文件的加载和解析等。
check：负责healthchecker（健康检查），包括各种健康检查方式以及对应的配置解析（包括LVS的配置解析）。
vrrp：VRRPD子进程用于实现VRRP协议。
libipfwc：用于配置LVS时会用到的库。
libipvs：配置LVS时会用到的库。
注意：请注意，Keepalived和LVS完全是两码事，只是它们各自负责不同的功能并相互协作。
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