Keepalived详解：原理、编译安装与高可用集群配置

在高可用架构中，避免单点故障至关重要。Keepalived正是为了解决这一问题而生的轻量级工具。本文将深入浅出地介绍Keepalived的工作原理，并提供从编译安装到实战配置的完整指南。
1. Keepalived简介与工作原理

Keepalived是一个基于VRRP协议（虚拟路由冗余协议） 实现的高可用解决方案。它的核心目标是通过自动故障转移来确保服务的连续性。
1.1 核心思想：VRRP协议

想象一个场景：两台路由器提供相同的功能，一台是主节点（Master），另一台是备节点（Backup）。它们共同拥有一个虚拟IP地址（VIP，Virtual IP），客户端只访问这个VIP。

• 正常工作：主节点持有VIP并对外提供服务。它会周期性地向备份节点发送VRRP通告包（组播地址为224.0.0.18），宣告自己“健在”。
  
• 故障发生：当备份节点在指定时间内收不到主节点的VRRP通告包时，它会认为主节点发生了故障。
  
• 自动切换：此时，备份节点会根据优先级选举（优先级最高的备份节点获胜）接管VIP，并将其绑定到自己的网络接口上，从而无缝地接替主节点继续提供服务。这个过程对客户端来说是透明的，从而实现了高可用。
  

1.2 Keepalived的三大模块

Keepalived主要由三个模块构成：

• Core模块：作为核心，负责主进程的启动、维护及全局配置文件的加载和解析。
  
• Check模块：负责健康检查，支持对负载均衡器后端的真实服务器进行TCP检查、HTTP_GET检查等，确保只有健康的服务器才接收流量。
  
• VRRP模块：这是实现VRRP协议的功能模块，负责处理主备节点间的通信和状态切换。
  

2. 安装Keepalived

安装Keepalived主要有两种方式：通过系统包管理器安装和通过源代码编译安装。前者简单快捷，后者则能提供更新的版本和更灵活的定制选项。
2.1 YUM安装（快速上手）

在基于RHEL/CentOS的系统上，可以使用yum命令直接安装：

1. yum install keepalived -y

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安装后，可以使用systemctl命令来管理服务：

1. systemctl start keepalived.service    # 启动
2. systemctl enable keepalived.service   # 设置开机自启
3. systemctl status keepalived.service   # 查看状态

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2.2 源码编译安装（推荐用于生产）

源码安装可以获得最新版本，并允许进行自定义配置。
步骤1：安装依赖包
编译前需要安装必要的开发工具和库：

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

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步骤2：下载、编译与安装
从官方下载源码包，然后进行编译安装。使用 --prefix 参数可以指定安装目录，便于管理。

1. # 进入常用源码目录，下载（请替换为最新稳定版链接）
2. cd /usr/local/src/
3. curl -O http://keepalived.org/software/keepalived-2.2.4.tar.gz
4. # 或使用 wget https://www.keepalived.org/software/keepalived-2.2.4.tar.gz
6. # 解压并进入目录
7. tar xvf keepalived-2.2.4.tar.gz
8. cd keepalived-2.2.4
10. # 配置、编译并安装
11. ./configure --prefix=/usr/local/keepalived
12. make && make install

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步骤3：配置系统服务
为了方便管理，需要将Keepalived配置为系统服务。

• 将启动脚本复制到系统目录：
  1. cp /usr/local/src/keepalived-2.2.4/keepalived/keepalived.service /usr/lib/systemd/system/

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• 重新加载systemd配置：
  1. systemctl daemon-reload

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3. 配置Keepalived实现主备高可用

下面以配置一个简单的主备高可用集群为例。假设我们有两台服务器：

• 主节点（Master）：物理IP为 192.168.10.11
  
• 备节点（Backup）：物理IP为 192.168.10.12
  
• 虚拟IP（VIP）：192.168.10.100
  

3.1 主节点（Master）配置

编辑配置文件 /etc/keepalived/keepalived.conf（如果源码安装，可能需要手动创建/etc/keepalived目录并将配置文件放置于此）：

1. ! Configuration File for keepalived
3. global_defs {
4.    router_id LVS_MASTER_01  # 本节点标识，建议唯一
5. }
7. vrrp_instance VI_1 {
8.     state MASTER            # 初始状态设为MASTER
9.     interface eth0          # 监听VRRP通告和绑定VIP的网卡名，请根据实际情况修改
10.     virtual_router_id 51    # 虚拟路由ID，同一集群内主备节点必须相同（0-255）
11.     priority 100            # 优先级（1-254），主节点应高于备节点
12.     advert_int 1            # 通告间隔（秒）
14.     authentication {        # 认证配置，主备需一致
15.         auth_type PASS      # 认证类型
16.         auth_pass 1111      # 认证密码
17.     }
19.     virtual_ipaddress {
20.         192.168.10.100/24   # 定义的虚拟IP(VIP)，可多个
21.     }
22. }

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3.2 备节点（Backup）配置

备节点的配置与主节点相似，主要区别在于 state 和 priority。

1. ! Configuration File for keepalived
3. global_defs {
4.    router_id LVS_BACKUP_01  # 备节点标识
5. }
7. vrrp_instance VI_1 {
8.     state BACKUP            # 初始状态设为BACKUP
9.     interface eth0
10.     virtual_router_id 51    # 必须与主节点相同
11.     priority 90             # 优先级低于主节点
12.     advert_int 1
14.     authentication {
15.         auth_type PASS
16.         auth_pass 1111      # 密码与主节点相同
17.     }
19.     virtual_ipaddress {
20.         192.168.10.100/24
21.     }
22. }

复制代码

3.3 启动服务并验证

• 启动服务：在主备节点上分别启动Keepalived。
  1. systemctl start keepalived

  复制代码
• 检查虚拟IP：在主节点上执行 ip addr show eth0 命令，应该能看到VIP 192.168.10.100 已经绑定在 eth0 网卡上。
  1. 2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
  2.     link/ether 00:0c:29:xx:xx:xx brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
  3.     inet 192.168.10.11/24 brd 192.168.10.255 scope global noprefixroute eth0
  4.        valid_lft forever preferred_lft forever
  5.     inet 192.168.10.100/24 scope global secondary eth0:0
  6.        valid_lft forever preferred_lft forever

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• 模拟故障测试：将主节点的Keepalived服务停止（systemctl stop keepalived）或直接关闭主服务器。然后在备节点上再次执行 ip addr 命令，会发现VIP已经"漂移"到了备节点上。此时通过VIP访问服务，应仍然正常，从而实现了高可用。
  

4. 核心配置参数解析

下表总结了关键配置参数的含义：
参数项含义与说明global_defs全局配置段router_id本机标识，通常使用主机名，用于在集群中区分不同节点vrrp_instance定义一个VRRP实例（一个虚拟路由器）state初始状态，MASTER 或 BACKUP，但最终状态由优先级决定interface绑定VIP和发送VRRP通告的物理网卡virtual_router_id虚拟路由ID，同一组主备节点必须完全相同priority优先级（1-254），决定谁成为Master，值越大优先级越高advert_int主节点发送VRRP通告报文的时间间隔（秒）authentication节点间通信认证，防止未经授权的节点加入auth_type认证方式，一般为 PASS（密码认证）auth_pass认证密码，最多8位，主备节点必须一致virtual_ipaddress定义的虚拟IP地址，即VIP5. 非抢占模式

默认情况下，Keepalived工作在抢占模式。这意味着当原Master节点恢复后，它会重新抢占VIP，夺回Master身份。在某些场景下，我们可能希望故障恢复后的节点作为新的备份，以避免服务因再次切换而波动。这时可以配置非抢占模式。
在vrrp_instance配置段中添加：

1. nopreempt  # 启用非抢占模式

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需要注意的是，在非抢占模式下，初始状态state建议都设置为BACKUP。
总结

Keepalived通过VRRP协议提供了一种简单而高效的高可用解决方案。从理解其核心原理到动手编译安装，再到根据实际需求配置主备或非抢占模式，您已经可以构建基础的高可用集群。在生产环境中，通常还会结合Nginx、LVS、HAProxy等负载均衡器，并编写自定义的健康检查脚本，以构建更加健壮和复杂的应用高可用架构。

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