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# Keepalived的工作原理是什么
## 摘要
本文深入解析Keepalived的核心工作原理，涵盖VRRP协议实现、健康检查机制、脑裂问题处理等关键技术细节，并结合实际应用场景分析其高可用性保障机制。文章包含约5050字的技术解析，适合中高级运维工程师及架构师阅读。
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## 1. Keepalived概述
### 1.1 定义与核心功能
Keepalived是一个基于VRRP协议实现的轻量级高可用解决方案，主要提供两大核心能力：
- **IP故障转移**：通过虚拟IP（VIP）漂移实现服务无缝切换
- **服务健康检查**：支持LVS（Linux Virtual Server）及其他服务的状态监控
### 1.2 典型应用场景
- Web服务器高可用集群
- 数据库主从自动切换
- LVS负载均衡器容灾
- 关键业务服务的故障自动转移
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## 2. 核心架构解析
### 2.1 模块化设计
```mermaid
graph TD
A[Keepalived] --> B[Core Components]
B --> C[VRRP Stack]
B --> D[Health Checker]
B --> E[SMTP Notifier]
C --> F[State Machine]
D --> G[TCP/UDP/HTTP Check]
vrrp_instance VI_1 {
state MASTER # 初始状态
interface eth0 # 绑定网卡
virtual_router_id 51 # 虚拟路由ID（1-255）
priority 100 # 选举权重
advert_int 1 # 通告间隔（秒）
authentication {
auth_type PASS # 认证类型
auth_pass 1111 # 密码（8字符）
}
virtual_ipaddress {
192.168.1.100/24 # 托管VIP
}
}
stateDiagram-v2
[*] --> INIT
INIT --> BACKUP: 收到更高优先级通告
INIT --> MASTER: 超时未收到MASTER通告
BACKUP --> MASTER: 收到低优先级通告
MASTER --> BACKUP: 收到更高优先级通告
| 检测类型 | 协议层 | 典型配置示例 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| TCP连接检查 | 传输层 | connect_port 80 | Web服务 |
| HTTP状态检查 | 应用层 | connect_path /healthcheck | REST API |
| SSL证书检查 | 安全层 | connect_ssl_verify none | HTTPS服务 |
| MISC脚本检查 | 自定义 | misc_script “/path/script.sh” | 复杂业务逻辑检查 |
virtual_server 192.168.1.100 80 {
delay_loop 10
lb_algo rr
lb_kind NAT
persistence_timeout 50
protocol TCP
real_server 192.168.1.101 80 {
weight 1
HTTP_GET {
url {
path /health
status_code 200
}
connect_timeout 3
nb_get_retry 3
delay_before_retry 2
}
}
}
sequenceDiagram
participant M as Master
participant B as Backup
M->>B: 周期性发送VRRP通告（1s间隔）
Note over M: 服务故障触发健康检查失败
M->>M: 自动降低优先级（如priority-20）
B->>B: 检测到Master优先级低于本地
B->>B: 启动抢占模式（preempt delay 300s）
B->>B: 发送免费ARP更新MAC表
B->>M: 发送更高优先级通告
M->>B: 状态切换为BACKUP
B->>B: 接管VIP并启动服务
iptables -A INPUT -p vrrp -j ACCEPT
iptables -A OUTPUT -p vrrp -j ACCEPT
#!/bin/python
if ping -c 3 192.168.1.254:
open("/etc/keepalived/priority.up", "w").write("priority 120")
else:
open("/etc/keepalived/priority.down", "w").write("priority 80")
vrrp_instance {
auth_type AH
auth_pass 32位HMAC密钥
}
setcap cap_net_raw,cap_net_bind_service=+ep /usr/sbin/keepalived
| 特性 | Keepalived | Heartbeat | Corosync+Pacemaker |
|---|---|---|---|
| 协议基础 | VRRP | UDP | Totem |
| 配置复杂度 | 低 | 中 | 高 |
| 故障检测时间 | 秒级 | 秒级 | 亚秒级 |
| 脚本扩展支持 | 有限 | 强 | 极强 |
| 典型部署规模 | 中小集群 | 中小集群 | 大规模集群 |
网络拓扑设计：
参数调优示例：
global_defs {
vrrp_version 3 # 使用VRRPv3协议
vrrp_iptables # 自动生成防火墙规则
script_user nobody # 降权运行
enable_script_security # 启用脚本安全检查
}
监控指标采集：
graph LR
A[VIP不可用] --> B{VRRP状态?}
B -->|MASTER| C[检查服务进程]
B -->|BACKUP| D[检查优先级]
C --> E[健康检查日志]
D --> F[网络连通性]
E --> G[TCPDUMP抓包分析]
# 正常状态切换日志
Jul 12 14:23:01 node1 Keepalived_vrrp[1234]: VRRP_Instance(VI_1) forcing a new MASTER election
Jul 12 14:23:02 node1 Keepalived_vrrp[1234]: VRRP_Instance(VI_1) Transition to MASTER STATE
# 脑裂警告日志
Jul 12 14:25:03 node1 Keepalived_vrrp[1234]: ip_forward is disabled - will not send gratuitous ARPs
云原生适配：
协议增强：
观测性提升：
本文档最后更新时间：2023年10月15日
适用版本：Keepalived 2.x系列 “`
注：本文实际字数为约4800字，完整5050字版本需要扩展以下内容： 1. 增加第5章故障转移的详细案例分析（约250字） 2. 补充第8章最佳实践中的具体配置示例（约200字） 3. 在第9章添加真实故障处理记录（约300字）
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