keepalived的工作原理与配置
Keepalived 的工作原理基于 VRRP（虚拟路由冗余协议） 和 LVS（Linux 虚拟服务器），通过多层次协作实现服务器的高可用性和负载均衡。以下是其核心机制的详细说明：
一、VRRP 协议基础
VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol） 是 Keepalived 实现高可用的核心协议，其作用是：
- 将多台服务器组成一个 虚拟路由器，对外提供一个统一的虚拟 IP（VIP）。
- 通过选举机制确定哪台服务器作为 主路由器（Master） 处理流量，其他作为 备份路由器（Backup）。
- 当 Master 故障时，Backup 自动接管 VIP，实现无缝切换。
二、Keepalived 的三层架构
Keepalived 采用模块化设计，分为三层：
1. 用户空间层（User Space）
- 配置解析模块：读取并解析
/etc/keepalived/keepalived.conf配置文件。 - 控制平面：管理 VRRP 和 LVS 进程的启动、停止和状态监控。
2. VRRP 层
- VRRP 状态机：实现 Master/Backup 角色选举和状态切换。
- VRRP 通告：通过组播（224.0.0.18）定期发送 VRRP 报文，维护集群成员状态。
- 优先级机制：配置文件中
priority值决定选举结果，值越高越优先成为 Master。
3. LVS 层（可选）
- IPVS 内核模块：实现四层负载均衡（如 NAT、DR、TUN 模式）。
- 健康检查：监控 Real Server（RS）状态，动态调整负载均衡策略。
三、工作流程详解
1. 初始化与配置加载
- Keepalived 启动时解析配置文件，初始化 VRRP 和 LVS 模块。
- 根据
state参数（MASTER/BACKUP）设置初始角色。
2. VRRP 选举过程
-
优先级比较：各节点通过比较
priority值选举 Master（默认 100）。 -
抢占模式：若高优先级节点恢复，是否重新成为 Master（由
nopreempt控制）。 -
VRRP 通告
：Master 定期（默认 1 秒）发送 VRRP 报文，Backup 监听该报文：
- 若在超时时间（默认 3 秒）内未收到通告，Backup 认为 Master 故障，触发选举。
3. VIP 管理
-
Master 职责
：
- 将 VIP 绑定到本地网卡。
- 通过 ARP 广播通知网络设备 VIP 的新位置。
- 处理所有发往 VIP 的流量。
-
Backup 职责
：
- 监听 VRRP 通告，不绑定 VIP。
- 当检测到 Master 故障时，提升为 Master 并接管 VIP。
4. 健康检查机制
Keepalived 通过 脚本监控 和 服务状态检测 确保高可用性：
-
脚本监控
：通过
vrrp_script配置自定义脚本，定期执行（如检查 Nginx 进程）。
vrrp_script check_nginx { script "/etc/keepalived/check_nginx.sh" # 检测 Nginx 是否运行 interval 2 # 每2秒执行一次 weight -20 # 检测失败时降低优先级20 } -
服务状态检测：结合 LVS 监控 Real Server 的健康状态，自动剔除故障节点。
四、状态切换过程
当 Master 节点故障（如 Keepalived 进程停止）：
- Backup 节点在超时时间后未收到 VRRP 通告，触发状态切换。
- 优先级最高的 Backup 节点将自己提升为 Master。
- 新 Master：
- 将 VIP 绑定到本地网卡。
- 发送 ARP 广播更新 VIP 的 MAC 地址。
- 开始处理流量。
- 客户端通过新的 MAC 地址访问 VIP，无需修改配置。
五、LVS 负载均衡集成
Keepalived 可结合 LVS 实现负载均衡，工作流程：
- Keepalived 配置 LVS 规则（如虚拟服务器、Real Server、调度算法）。
- 客户端请求发往 VIP。
- LVS 根据调度算法（如 RR、WRR、LC）将请求转发至 Real Server。
- Real Server 处理请求并直接返回响应给客户端（DR 模式）或通过 LVS 返回（NAT 模式）。
六、关键配置参数
理解以下参数对掌握 Keepalived 原理至关重要：
-
VRRP 实例参数
：
state：初始状态（MASTER/BACKUP）。priority：优先级（1-255，值越高越优先）。advert_int：VRRP 通告间隔（秒）。authentication：认证方式（确保集群安全）。
-
健康检查参数
：
script：自定义检测脚本。interval：检测间隔。weight：检测失败时调整优先级。
七、典型应用场景
- Web 服务器高可用：为 Nginx/Apache 配置 Keepalived，确保单点故障时服务自动切换。
- 数据库高可用：实现 MySQL 主从切换，避免数据库单点故障。
- 负载均衡集群：结合 LVS 构建高性能负载均衡系统，支持数万并发连接。
总结
Keepalived 通过 VRRP 协议实现服务器的高可用，通过 LVS 实现负载均衡，两者结合提供了强大的基础设施保障。其核心优势在于 自动故障检测与切换、透明的 VIP 管理 和 灵活的配置，是构建高可用架构的首选开源方案。
八、配置文件结构
Keepalived 配置文件位于 /etc/keepalived/keepalived.conf，主要包含三部分：
# 全局定义
global_defs {
router_id LVS_DEVEL # 节点标识（唯一）
script_user root # 执行脚本的用户
enable_script_security # 启用脚本安全模式
}
# VRRP 实例（高可用模块）
vrrp_instance VI_1 {
state MASTER # 初始状态：MASTER 或 BACKUP
interface eth0 # 绑定的网卡
virtual_router_id 51 # 虚拟路由 ID（0-255，主备必须相同）
priority 100 # 优先级（数值越大越优先）
advert_int 1 # VRRP 通告间隔（秒）
authentication { # 认证配置（主备必须相同）
auth_type PASS
auth_pass 1111
}
virtual_ipaddress { # 虚拟 IP 地址（可多个）
192.168.1.100/24 dev eth0 label eth0:0
}
}
# 虚拟服务器（负载均衡模块，可选）
virtual_server 192.168.1.100 80 {
delay_loop 6 # 健康检查间隔
lb_algo rr # 负载均衡算法：rr（轮询）、wrr（加权轮询）、lc（最小连接）
lb_kind NAT # 负载均衡模式：NAT、DR、TUN
persistence_timeout 50 # 会话保持时间（秒）
# 真实服务器列表
real_server 192.168.1.11 80 {
weight 1 # 权重
SSL_GET { # 健康检查方式
url { path "/" digest ff20ad2481f97b1754ef3e12ecd3a9cc }
url { path "/mrtg/" digest 9b3a0c85a8872256d663a3a277a72552 }
connect_timeout 3 # 连接超时
retry 3 # 重试次数
delay_before_retry 3 # 重试间隔
}
}
}
九、高可用（HA）配置示例
场景：两台服务器实现 Nginx 高可用
- 主服务器（MASTER）：192.168.1.10，优先级 100
- 备服务器（BACKUP）：192.168.1.11，优先级 90
- 虚拟 IP（VIP）：192.168.1.100
主服务器配置：
global_defs {
router_id LVS_MASTER
}
vrrp_script chk_nginx {
script "/etc/keepalived/check_nginx.sh" # 检测 Nginx 状态的脚本
interval 2 # 每2秒执行一次
weight -20 # 检测失败时优先级降低20
}
vrrp_instance VI_1 {
state MASTER
interface eth0
virtual_router_id 51
priority 100
advert_int 1
authentication {
auth_type PASS
auth_pass 1111
}
track_script {
chk_nginx # 关联检测脚本
}
virtual_ipaddress {
192.168.1.100/24
}
}
备服务器配置：
仅需修改 state 和 priority：
vrrp_instance VI_1 {
state BACKUP
priority 90 # 低于主服务器
# 其他配置与主服务器相同
}
检测脚本（check_nginx.sh）：
#!/bin/bash
if ! pgrep -x nginx >/dev/null; then
systemctl restart nginx
sleep 2
if ! pgrep -x nginx >/dev/null; then
exit 1 # 退出状态非0表示检测失败
fi
fi
exit 0
权限设置：
chmod +x /etc/keepalived/check_nginx.sh
十、负载均衡（LVS）配置示例
场景：通过 Keepalived+LVS 实现 Web 负载均衡
- 负载均衡器（VIP）：192.168.1.100
- Web 服务器 1：192.168.1.11
- Web 服务器 2：192.168.1.12
配置文件：
global_defs {
router_id LVS_LOADBALANCER
}
vrrp_instance VI_1 {
state MASTER
interface eth0
virtual_router_id 51
priority 100
virtual_ipaddress {
192.168.1.100
}
}
virtual_server 192.168.1.100 80 {
delay_loop 6
lb_algo wrr # 加权轮询
lb_kind DR # 直接路由模式
persistence_timeout 50
real_server 192.168.1.11 80 {
weight 3
SSL_GET {
url { path "/" digest ff20ad2481f97b1754ef3e12ecd3a9cc }
connect_timeout 3
retry 3
}
}
real_server 192.168.1.12 80 {
weight 2
SSL_GET {
url { path "/" digest ff20ad2481f97b1754ef3e12ecd3a9cc }
connect_timeout 3
retry 3
}
}
}
十一、关键配置参数详解
1. 全局配置（global_defs）
| 参数 | 说明 | 示例值 |
|---|---|---|
router_id |
节点唯一标识 | LVS_DEVEL |
smtp_server |
SMTP 服务器地址（告警邮件用） | 192.168.1.1 |
enable_script_security |
启用脚本安全模式（限制脚本路径） | 无值，直接声明 |
2. VRRP 实例配置（vrrp_instance）
| 参数 | 说明 | 示例值 |
|---|---|---|
state |
初始状态（MASTER/BACKUP） | MASTER |
interface |
绑定的网卡名称 | eth0 |
virtual_router_id |
虚拟路由 ID（0-255） | 51 |
priority |
优先级（值越大越优先） | 100 |
advert_int |
VRRP 通告间隔（秒） | 1 |
nopreempt |
禁止抢占模式（高优先级节点不主动接管） | 无值，直接声明 |
authentication |
认证方式（PASS/HA） | auth_type PASS auth_pass 1111 |
3. 健康检查配置（vrrp_script）
| 参数 | 说明 | 示例值 |
|---|---|---|
script |
检测脚本路径 | “/etc/keepalived/check_nginx.sh” |
interval |
执行间隔（秒） | 2 |
weight |
检测失败时调整的优先级 | -20 |
rise |
连续成功多少次后认为服务正常 | 2 |
fall |
连续失败多少次后认为服务异常 | 2 |
4. 虚拟服务器配置（virtual_server）
| 参数 | 说明 | 示例值 |
|---|---|---|
lb_algo |
负载均衡算法 | rr（轮询）、wrr（加权轮询）、lc（最小连接） |
lb_kind |
负载均衡模式 | NAT、DR、TUN |
persistence_timeout |
会话保持时间（秒） | 50 |
protocol |
协议类型 | TCP、UDP |
十二、启动与验证
1. 启动 Keepalived
# 启动服务
sudo systemctl start keepalived
# 设置开机自启
sudo systemctl enable keepalived
# 查看状态
sudo systemctl status keepalived
2. 验证 VIP 状态
# 查看 VIP 是否绑定（主服务器）
ip addr show eth0 | grep 192.168.1.100
# 测试 VIP 连通性
ping 192.168.1.100
3. 模拟故障切换
# 在主服务器上停止 Keepalived
sudo systemctl stop keepalived
# 在备服务器上查看 VIP 是否已接管
ip addr show eth0
# 恢复主服务器 Keepalived（若未配置 nopreempt，将重新接管 VIP）
sudo systemctl start keepalived
十三、常见问题与解决方案
1. VIP 无法 ping 通
-
原因：防火墙阻止 VRRP 协议或 VIP 未正确绑定。
-
解决方案
# 开放 VRRP 协议（CentOS/RHEL） sudo firewall-cmd --add-protocol=vrrp --permanent sudo firewall-cmd --reload # 关闭 SELinux（临时） sudo setenforce 0
2. 脑裂（双主）问题
-
原因：网络分区导致心跳不通，多个节点同时认为自己是 Master。
-
解决方案
：
-
增加冗余网络连接。
-
使用脚本检测对端状态（如
pingVIP）：
vrrp_script chk_peer { script "ping -c 3 192.168.1.100 >/dev/null || exit 1" interval 5 weight -30 }
-
3. LVS 负载均衡不生效
-
原因：IPVS 模块未加载或配置错误。
-
解决方案
# 加载 IPVS 模块 sudo modprobe ip_vs # 查看 IPVS 规则 sudo ipvsadm -L -n # 检查 Real Server 配置（确保路由可达）
十四、高级配置技巧
1. 多 VIP 配置
为不同服务创建独立的 VRRP 实例：
vrrp_instance VI_WEB {
virtual_router_id 51
virtual_ipaddress { 192.168.1.100 }
}
vrrp_instance VI_DB {
virtual_router_id 52
virtual_ipaddress { 192.168.1.101 }
}
2. 告警邮件配置
global_defs {
notification_email {
[email protected]
}
notification_email_from [email protected]
smtp_server 192.168.1.1
smtp_connect_timeout 30
}
3. 自定义监控脚本
监控 MySQL 服务状态：
#!/bin/bash
mysql -h 127.0.0.1 -u monitor -pPASSWORD -e "SELECT 1;" >/dev/null 2>&1
if [ $? -ne 0 ]; then
systemctl restart mysqld
sleep 5
mysql -h 127.0.0.1 -u monitor -pPASSWORD -e "SELECT 1;" >/dev/null 2>&1
if [ $? -ne 0 ]; then
exit 1
fi
fi
exit 0
总结
Keepalived 通过简单的配置即可实现高可用和负载均衡，关键在于理解：
- VRRP 机制：通过优先级选举 Master，实现 VIP 自动切换。
- 健康检查：通过脚本监控服务状态，确保故障及时发现。
- LVS 集成：结合 IPVS 实现四层负载均衡，支持多种调度算法。
根据实际需求调整配置参数，可构建出适合不同场景的高可用架构。