keepalive学习之软件设计

软件架构如下图所示：

Keepalived 完全使用标准的ANSI/ISO C写出. 该软件主要围绕一个中央I/O复用分发器而设计，这个I/O复用分发器提供网络实时功能. 主要设计目标着重于从所有的模块抽取一个公共模块，所有模块衍生于公共模块, 这是核心库产生的意义所在———降低代码的重复. 另一方面，设计目标是使用安全和有保障的的代码来保证生产的稳定性和健壮性。

为了保证的稳定性和健壮性, 后台程序被分解为3个不同的进程. 全局设计思想是一个简约的父进程来负责监控它创建的子进程。父进程创建了2个子进程，一个负责VRRP框架，一个负责健康检查。每个子进程都有自己调度的I/O复用分发器，注意VRRP调用器Jitter的优先级高，因为VRRP调度比健康检查更重要和敏感。 On the other hand this split design minimalize for healthchecking the usage of foreign librairies and minimalize its own action down to and idle mainloop in order to avoid malfunctions caused by itself. 父进程监控框架被称为看门狗, 设计思路如下 : 每个子进程打开一个unix监听套接字，当后台程序启动后，父进程连接到字进程的监听套接字，然后周期的（5s）发送hello报文包给子进程。如果父进程不能发送hello报文包到已经建立连接的字进程监听套接字，就直接重启子进程。这种看门狗设计方式主要有两个好处： 第一，所有从父进程发送到远程连接到子进程的hello报文包都是通过I/O复用分发调度器来完成，这样做的好处是它可以检测到子进程调度框架的死循环。第二个好处是由使用sysV信号检测子进程存活状态带来的。 keepalived运行时，可以查看到如下进程 :

	PID
	111	Keepalived	<-- Parent process monitoring children
	112	\_ Keepalived	<-- VRRP child
	113	\_ Keepalived	<-- Healthchecking child

所有的原子模块如下面介绍所示:

控制面板 :
Keepalived的配置通过keepalived.conf文件来完成. 一个编译器用来解析这个文件.编译器读取关键字层次树，关键字层次树将配置文件中的关键字和响应的处理方法映射到一起。 一个中央、多级、递归函数读取配置文件，转换为关键字树。在解析过程中，读取配置文件到内存中。

内存管理 :

这个框架提供了一些通用的存储器存取管理功能如分配，再分配，释放，…等等。可以工作在两种模式：normal_mode和debug_mode。当使用debug_mode提供强有力的办法消除和跟踪内存泄漏。这种底层环境级别通过追踪内存的分派和释放来提供低运行缓存保护。这些使用的缓存的长度是固定，原因是为了防止事件性的缓存泄露。

WatchDog :

这个框架提供了子进程的监控（VRRP和健康检查）。每一个子进程打开自己的看门狗unix域套接字连接，父进程发送hello消息到子进程unix域套接字，hello消息经由父进程的I/O复用分发器发送到子进程的I/O复用分发器接受处理。如果子进程仍然存活，但父进程使用sysV系统监测到管道破坏时，就重启子进程。

VRRP 栈:

keepalived另一个最重要功能。VRRP(虚拟路由冗余协议: RFC2338)是一种选择协议，它可以把一个虚拟路由器的责任动态分配到局域网上的 vrrp 路由器中的一台。它为路由备份提供了底层设计。它不但完整实现了RFC2338得标准，还为lvs及防火墙提供了一些准备和扩展设计。它实现了vrrp_sync_group扩展来保证协议接管后的路由保持。它使用MD5-96位密码设置实现了IPSEC-AH来保证广告交换的安全性。VRRP更多消息请阅读RFC.提醒：VRRP代码可以单独使用而不需要LVS支持，这个特性为独立用户设计。它运行在一个父进程监控的独立子进程中。

Netlink 反射器:

类似于IPVS包装器。keepalived有自己的网络接口结构，核心netlink通道设置ip地址和接口标志和监控。netlink消息子系统用来设置VRRP的vip。netlink 核心消息广播用来映射成事件相关接口的keepalived自定义用户空间的数据结构。因此通过netlink核心广播(RTMGRP_LINK & RTMGRP_IPV4_IFADDR)，可以将任意的用户空间（别的程序）的netlink操作映射到keeaplived 数据结构。

IPVS :
linux核心代码，贡献者 Wensong，LinuxVirtualServer.org 开源工程

NETLINK :

linux核心代码，贡献者Alexey Kuznetov，它拥有优美、先进的路由框架和子系统能力。

调度器 - I/O 复用器 :

所有的事件被调度到同一个进程进行处理。keepalive是单进程的。它是一个网络路由软件，和I/O密切相关。这里的设计方式是中央select（...），它负责调度所有内部task。没有使用POSIX线程库。因网络原因，这个框架提供了自己的线程抽象优化。

核心组件 :

这个框架定义了可以在所有代码中用到的一些通用的及一些全局库，这些库有：html解析，link-list，定时器，向量，字符串格式，buffer dump，网络工具类，后台程序管理，pid处理，底层4层tcp层。这里的全局库通过工厂化方式尽量减少代码的重复来提高系统的模块性。

Checkers :

这是keepalived最重要的功能点之一。检查器对真实服务器进行健康检测。只要真实服务器存活着，一个检测器就一直进行检测，当从LVS拓扑结构中移除或者加入一个真实服务器时该检测器停止工作。内部检测器设计成一个网络实时软件，它完全使用多线程FSM(有限状态机)设计。这个检测器栈根据四层或者5/7层测试结果对LVS拓扑进行操作。 它运行在一个独立的进程中，该进程被父进程所监控。

系统调用:

该框架提供启动额外的系统脚本的能力。主要是用在MISC 检查器。在VRRP框架协议状态转换中，提供执行额外的脚本的能力。系统调用通过生成一个子进程完成的，不干扰全局调度计时器。

SMTP :
SMTP协议用来管理通知，使用多线程有限状态机设计，满足IETF RFC821 标准. 管理通知用来发送健康检测活动和VRRP协议状态转换信息。SMTP非常通用，它也可以和其他通知子系统进行交互，如GSM短消息接口，寻呼机，…等等

IPVS 包装器 :
该框架用来发送规则到IPVS核心代码. 它作为keepalived内部数据结构和IPVS 规则_用户结构的转换桥梁。使用IPVS libipvs和IPVS代码保持通用的集成。

官方文档地址：http://www.keepalived.org/documentation.html

以上翻译以官方为准，如翻译不当，请轻拍。