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租户端网络私有网络（VPC）最佳实践

用 HAVIP+Keepalived 搭建高可用主备集群

最近更新时间: 2024-06-12 15:06:00

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

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 必须是从云平台申请的高可用虚拟 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

说明：

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

登录私有网络控制台。
在左侧导航栏中，选择【IP 与网卡】>【高可用虚拟 IP】。
在 HAVIP 管理页面，单击【申请】。
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。

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

使用 yum 方式安装软件包。
```
yum install -y keepalived
```

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

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 
      }
  }

按“esc”退出编辑状态，输入:wq!保存并退出。

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 
    }
}

按“esc”退出编辑状态，输入:wq!保存并退出。
重启 keepalived 进程使配置生效。
```
systemctl start keepalived
```
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，可登录高可用虚拟 IP 控制台，查看 HAVIP 绑定的云服务器为主节点云 HAVIP-01。

步骤4：VIP 绑定弹性公网 IP（可选）

在高可用虚拟 IP 控制台，单击HAVIP 所在行的【绑定】。
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。

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

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。