高可用基础

高可用（High Availability, HA）的目标是消除单点故障，确保服务在部分组件出现问题时仍能继续运行。本文介绍 HA 的核心概念和在 EL 系发行版上常用的实现方案。

核心概念

高可用 (HA)

高可用是指系统能在约定的时间内提供可用服务的能力。通常用”几个 9”来衡量：

可用性	每年允许停机时间
99.9%（三个9）	8 小时 45 分钟
99.99%（四个9）	52 分钟
99.999%（五个9）	5 分钟

故障转移 (Failover)

当主节点发生故障时，备用节点自动接管服务的过程。分为：

主动-被动（Active-Passive）：正常时只有主节点提供服务，备节点待命
主动-主动（Active-Active）：所有节点同时提供服务，某节点故障后流量自动分配到其余节点

负载均衡 (Load Balancing)

将流量分发到多台后端服务器，既提高了处理能力，也提供了冗余。

Keepalived —— VRRP 虚拟 IP 漂移

Keepalived 使用 VRRP（虚拟路由冗余协议）在多台服务器之间共享一个虚拟 IP（VIP）。当主节点故障时，VIP 自动漂移到备节点。

安装

在主备两台服务器上都执行：

sudo dnf install keepalived -y

配置主节点

sudo tee /etc/keepalived/keepalived.conf > /dev/null <<'EOF'
global_defs {
    router_id LVS_MASTER
    script_user root
    enable_script_security
}

# 健康检查脚本
vrrp_script check_nginx {
    script "/usr/local/bin/check_nginx.sh"
    interval 2
    weight -20
    fall 3
    rise 2
}

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface eth0              # 根据实际网卡名称修改
    virtual_router_id 51
    priority 100                # 主节点优先级较高
    advert_int 1

    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass mySecretPass  # 主备需一致
    }

    virtual_ipaddress {
        192.168.1.100/24        # 虚拟 IP 地址
    }

    track_script {
        check_nginx
    }

    # VIP 漂移时执行的通知脚本（可选）
    notify_master "/usr/local/bin/notify.sh MASTER"
    notify_backup "/usr/local/bin/notify.sh BACKUP"
    notify_fault  "/usr/local/bin/notify.sh FAULT"
}
EOF

配置备节点

sudo tee /etc/keepalived/keepalived.conf > /dev/null <<'EOF'
global_defs {
    router_id LVS_BACKUP
    script_user root
    enable_script_security
}

vrrp_script check_nginx {
    script "/usr/local/bin/check_nginx.sh"
    interval 2
    weight -20
    fall 3
    rise 2
}

vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    interface eth0
    virtual_router_id 51
    priority 90                 # 备节点优先级较低
    advert_int 1

    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass mySecretPass
    }

    virtual_ipaddress {
        192.168.1.100/24
    }

    track_script {
        check_nginx
    }

    notify_master "/usr/local/bin/notify.sh MASTER"
    notify_backup "/usr/local/bin/notify.sh BACKUP"
    notify_fault  "/usr/local/bin/notify.sh FAULT"
}
EOF

健康检查脚本

sudo tee /usr/local/bin/check_nginx.sh > /dev/null <<'EOF'
#!/bin/bash
# 检查 nginx 是否正常运行
if ! pidof nginx > /dev/null 2>&1; then
    # 尝试重启
    systemctl start nginx
    sleep 2
    if ! pidof nginx > /dev/null 2>&1; then
        exit 1   # 返回非 0 表示检查失败
    fi
fi
exit 0
EOF

chmod +x /usr/local/bin/check_nginx.sh

通知脚本

sudo tee /usr/local/bin/notify.sh > /dev/null <<'EOF'
#!/bin/bash
STATE=$1
HOSTNAME=$(hostname)
DATE=$(date '+%Y-%m-%d %H:%M:%S')
MAILTO="admin@example.com"

echo "[${DATE}] ${HOSTNAME} 切换为 ${STATE}" >> /var/log/keepalived_notify.log
echo "${HOSTNAME} 在 ${DATE} 切换为 ${STATE} 状态" | \
    mail -s "[HA 告警] ${HOSTNAME} -> ${STATE}" "$MAILTO"
EOF

chmod +x /usr/local/bin/notify.sh

启动服务

在主备节点上都执行：

sudo systemctl enable --now keepalived

# 允许 VRRP 协议通过防火墙
sudo firewall-cmd --permanent --add-rich-rule='rule protocol value="vrrp" accept'
sudo firewall-cmd --reload

验证

# 查看 VIP 绑定情况
ip addr show eth0

# 在主节点上应该能看到虚拟 IP
# 2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> ...
#     inet 192.168.1.10/24 ...
#     inet 192.168.1.100/24 scope global secondary eth0

# 模拟故障：停止主节点的 keepalived
sudo systemctl stop keepalived

# 在备节点上验证 VIP 是否已漂移过来
ip addr show eth0

HAProxy —— 负载均衡

HAProxy 是高性能的 TCP/HTTP 负载均衡器，常与 Keepalived 搭配使用。

安装

sudo dnf install haproxy -y

基础配置

sudo cp /etc/haproxy/haproxy.cfg /etc/haproxy/haproxy.cfg.bak

sudo tee /etc/haproxy/haproxy.cfg > /dev/null <<'EOF'
global
    log         127.0.0.1 local2
    chroot      /var/lib/haproxy
    pidfile     /var/run/haproxy.pid
    maxconn     4000
    user        haproxy
    group       haproxy
    daemon

    # SSL 相关
    ssl-default-bind-ciphers PROFILE=SYSTEM
    ssl-default-server-ciphers PROFILE=SYSTEM

defaults
    mode        http
    log         global
    option      httplog
    option      dontlognull
    option      http-server-close
    option      forwardfor except 127.0.0.0/8
    retries     3
    timeout http-request    10s
    timeout queue           1m
    timeout connect         10s
    timeout client          1m
    timeout server          1m
    timeout http-keep-alive 10s
    timeout check           10s
    maxconn     3000

# 统计页面
listen stats
    bind *:8404
    stats enable
    stats uri /stats
    stats refresh 10s
    stats admin if LOCALHOST
    stats auth admin:YourStatsPassword

# HTTP 前端
frontend http_front
    bind *:80
    default_backend web_servers

# HTTPS 前端（可选）
frontend https_front
    bind *:443 ssl crt /etc/haproxy/certs/site.pem
    default_backend web_servers

# 后端服务器池
backend web_servers
    balance roundrobin
    option httpchk GET /health
    http-check expect status 200

    server web1 192.168.1.11:80 check inter 5s fall 3 rise 2
    server web2 192.168.1.12:80 check inter 5s fall 3 rise 2
    server web3 192.168.1.13:80 check inter 5s fall 3 rise 2 backup
EOF

常用负载均衡算法

balance roundrobin    # 轮询（默认），按顺序分配
balance leastconn     # 最少连接，优先分配给连接数最少的后端
balance source        # 源地址哈希，同一客户端始终访问同一后端
balance uri           # URI 哈希，相同 URI 访问同一后端（适合缓存场景）

启动与验证

# 检查配置文件语法
haproxy -c -f /etc/haproxy/haproxy.cfg

sudo systemctl enable --now haproxy

# 放行端口
sudo firewall-cmd --permanent --add-service=http
sudo firewall-cmd --permanent --add-service=https
sudo firewall-cmd --permanent --add-port=8404/tcp
sudo firewall-cmd --reload

访问 http://服务器IP:8404/stats 查看 HAProxy 统计页面。

HAProxy + Keepalived 架构

典型的高可用负载均衡架构：

                    VIP: 192.168.1.100
                    ┌─────────────────┐
                    │   Keepalived    │
                    │  (VRRP 漂移)    │
                    └────────┬────────┘
               ┌─────────────┴─────────────┐
        ┌──────┴──────┐             ┌──────┴──────┐
        │  HAProxy 1  │             │  HAProxy 2  │
        │  (MASTER)   │             │  (BACKUP)   │
        └──────┬──────┘             └──────┬──────┘
               │                           │
    ┌──────────┼──────────┐    ┌──────────┼──────────┐
    │          │          │    │          │          │
 ┌──┴──┐  ┌──┴──┐  ┌──┴──┐
 │Web 1│  │Web 2│  │Web 3│
 └─────┘  └─────┘  └─────┘

两台 HAProxy 服务器通过 Keepalived 共享 VIP，客户端始终访问 VIP。当主 HAProxy 故障时，VIP 漂移到备用节点，实现无感知切换。

Pacemaker + Corosync

Pacemaker/Corosync 是企业级的 HA 集群解决方案，适合管理复杂的多资源集群。

Corosync：提供集群通信和成员管理
Pacemaker：集群资源管理器，决定资源在哪个节点运行

安装

在所有集群节点上执行：

sudo dnf install pacemaker corosync pcs -y

# pcs 是 Pacemaker/Corosync 的管理工具

初始化集群

# 在所有节点上设置 hacluster 用户密码（需要一致）
sudo passwd hacluster

# 启动 pcs 守护进程
sudo systemctl enable --now pcsd

# 放行防火墙
sudo firewall-cmd --permanent --add-service=high-availability
sudo firewall-cmd --reload

在其中一个节点上操作：

# 认证所有节点
sudo pcs host auth node1 node2 node3 -u hacluster -p YourPassword

# 创建集群
sudo pcs cluster setup mycluster node1 node2 node3

# 启动集群
sudo pcs cluster start --all
sudo pcs cluster enable --all

配置集群资源

# 查看集群状态
sudo pcs status

# 禁用 STONITH（测试环境，生产环境必须配置 STONITH 设备）
sudo pcs property set stonith-enabled=false

# 设置当集群丢失法定票数时的策略
sudo pcs property set no-quorum-policy=ignore

# 添加虚拟 IP 资源
sudo pcs resource create VirtualIP ocf:heartbeat:IPaddr2 \
    ip=192.168.1.100 \
    cidr_netmask=24 \
    op monitor interval=30s

# 添加 Nginx 服务资源
sudo pcs resource create WebServer systemd:nginx \
    op monitor interval=10s timeout=20s

# 确保 VIP 和 WebServer 运行在同一节点
sudo pcs constraint colocation add WebServer with VirtualIP INFINITY

# 确保 VIP 先于 WebServer 启动
sudo pcs constraint order VirtualIP then WebServer

# 设置资源优先运行在 node1
sudo pcs constraint location WebServer prefers node1=100

常用管理命令

# 查看集群详细状态
sudo pcs status --full

# 查看资源配置
sudo pcs resource config

# 查看约束
sudo pcs constraint show

# 手动迁移资源到其他节点
sudo pcs resource move WebServer node2

# 清除迁移约束（让集群恢复自动调度）
sudo pcs resource clear WebServer

# 将节点设为维护模式
sudo pcs node standby node1

# 恢复节点
sudo pcs node unstandby node1

# 清理资源错误状态
sudo pcs resource cleanup WebServer

共享存储概念

在 HA 集群中，多个节点可能需要访问同一份数据，这就需要共享存储。

常见方案

方案	说明	适用场景
NFS	网络文件系统	简单共享，非高 I/O 场景
GFS2	全局文件系统	需要多节点同时读写
DRBD	分布式复制块设备	主备模式的数据同步
Ceph	分布式存储系统	大规模集群，需要高可靠性
iSCSI	网络块存储	SAN 存储接入

NFS 共享存储示例

NFS 服务器端：

sudo dnf install nfs-utils -y

# 创建共享目录
sudo mkdir -p /data/shared
sudo chown nobody:nobody /data/shared

# 配置导出
sudo tee /etc/exports > /dev/null <<'EOF'
/data/shared  192.168.1.0/24(rw,sync,no_subtree_check,no_root_squash)
EOF

sudo systemctl enable --now nfs-server
sudo exportfs -rav

# 防火墙
sudo firewall-cmd --permanent --add-service=nfs
sudo firewall-cmd --permanent --add-service=mountd
sudo firewall-cmd --permanent --add-service=rpc-bind
sudo firewall-cmd --reload

NFS 客户端（集群节点）：

sudo dnf install nfs-utils -y

# 挂载
sudo mkdir -p /mnt/shared
sudo mount -t nfs nfs-server:/data/shared /mnt/shared

# 写入 fstab 实现开机自动挂载
echo 'nfs-server:/data/shared  /mnt/shared  nfs  defaults,_netdev  0  0' | \
    sudo tee -a /etc/fstab

DRBD 简介

DRBD 在两台服务器之间实时同步块设备数据，相当于网络 RAID 1：

# 安装 DRBD（需要 ELRepo 源）
sudo dnf install https://www.elrepo.org/elrepo-release-9.el9.elrepo.noarch.rpm -y
sudo dnf install drbd90-utils kmod-drbd90 -y

# 加载内核模块
sudo modprobe drbd

DRBD 的详细配置超出本文范围，但其基本工作模式如下：

  ┌──────────┐           ┌──────────┐
  │  Node 1  │  网络同步  │  Node 2  │
  │ (Primary) │ ←──────→ │(Secondary)│
  │ /dev/drbd0│           │/dev/drbd0│
  └─────┬────┘           └─────┬────┘
        │                       │
   /dev/sdb1                /dev/sdb1
   (本地磁盘)               (本地磁盘)

高可用方案选择建议

需求	推荐方案
Web 服务器冗余	Keepalived + Nginx/HAProxy
数据库高可用	数据库自身的主从复制 + Keepalived
复杂多资源集群	Pacemaker + Corosync
大规模负载均衡	HAProxy + Keepalived
数据同步	DRBD（两节点）/ Ceph（多节点）