基于Keepalived 的高可靠邮件集群服务器的研究

摘要：针对单台应用服务器存在的单点故障和无法自动迁移等问题，文章基于Keepalived进行高可用邮件集群服务器设计方案的研究，首先介绍了Keepalived，然后详细描述了如何架设基于Keepalived的邮件集群，包括典型拓扑介绍、关键实现技术，最后通过一系列的测试验证了该方案的有效性和稳定性。

关键词：高可靠；Keepalived；邮件系统；集群

中图分类号：TP393 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）32-0080-03 开放科学（资源服务）标识码（OSID） ：

0 引言

高可靠（High Reliable） 是指在一定时间内，系统能够保持正常运行的能力。高可用性则是指系统在出现故障时，能够在短时间内恢复正常运行的能力。一个高可靠性的系统可以确保业务的连续性，防止业务中断[1]。可靠性对于保障企业的业务连续性、数据安全和信誉保护至关重要。

邮件系统是企业信息化过程中不可或缺的通讯平台。采用一台服务器独立承载邮件系统容易造成单点故障，即该台服务器一旦失效，就会让整个邮件系统无法运作。为了防止这种故障，可以使用集群的方式来提供服务。例如，开源平台Keepalived支持多活集群，支持多节点同时对外提供业务支撑能力。在应对业务故障、硬件故障或灾难性故障时，自动切换到可用服务器继续提供服务，最大化地保障了业务的连续性。

1 Keepalived 介绍

案，它可以用来监测服务器的健康状态以及进行主备之间的切换。如果某个节点出现异常或工作出现故障，Keepalived将检测到，并将故障节点从集群中剔除。当故障节点恢复正常以后，它会自动将此服务节点重新加入集群中。这些过程全部自动完成，无需人工干涉。Keepalived软件作为高性能集群软件，可提供虚拟路由冗余协议（VRRP） 和健康监测，基于VRRP 实现高可用。VRRP可以将两台或者多台物理路由器设备虚拟成一个虚拟路由器，这个虚拟路由器通过虚拟地址对外提供服务。在同一时间内，只有一台物理路由器对外提供服务，这台对外提供服务的物理服务器被称为主路由器（处于MASTER角色），而其他服务器则仅接收MASTER的VRRP状态通告信息，这些路由器被称为备份路由器（处于BACKUP角色）。当主路由器失效时，其他备份路由器将重新选举，产生一个新的主路由器对外提供服务[2]。

2 邮件系统介绍

邮件系统主要由两个部分组成：邮件服务器和用户代理[3]。邮件服务器是用于存储、发送和接收邮件的设备或软件，而用户代理则是用户与电子邮件系统的接口，常见的如Outlook、Foxmail等。

Postfix和Dovecot是两种广泛应用于邮件服务的开源软件[4]。Postfix是一种功能强大且多样的邮件传输代理，它主要负责通过SMTP协议进行邮件的发送与接收。而Dovecot则是一种优秀的邮件投递代理，它主要负责将邮件保存到邮箱并提供POP3和IMAP 服务。在实际应用中，这两者通常会一同使用，共同构建一个功能完备的邮件服务系统。例如，在Linux 环境下，可以使用基于SMTP协议的Postfix服务程序来提供发件服务功能，同时使用基于POP3 协议的Dovecot服务程序提供收件服务功能。

SMTP（简单邮件传输协议）是用于电子邮件服务器发送电子邮件的主要协议。常见的SMTP服务器默认端口号为25。

POP3（邮局协议版本3） 和IMAP（互联网消息访问协议）都是用于接收电子邮件的协议，但在处理邮件方面有所不同。POP3允许将邮件从服务器下载到本地计算机，而IMAP则更为先进，用户可以直接在服务器上查看所有文件夹并对邮件进行操作。通常情况下，POP3的默认端口号为110，而IMAP的默认端口号为143。

3 架设邮件集群

3.1 邮件集群模型

如图1所示，邮件集群模型包括1台客户机和2台物理服务器，其中1台服务器命名为主服务器，另一台命名为次服务器。2 台服务器IP 地址分别设置为172.16.42.10/24、172.16.42.20/24，安装Centos7.9 操作系统，同时安装Postfix2.10.1、Dovecot2.2.36，部署邮件系统。在主服务器上部署DNS服务，为邮件系统提供域名解析服务。2台服务器上安装开源软件Keepal⁃ived，组建邮件集群，集群VIP地址为172.16.42.15/32，默认状态下主服务器状态MASTER，即对外提供服务，次节点服务器处于BACKUP状态，主节点服务器故障后，自动转为MASTER状态，接替主服务器对外提供服务。

3.2 关键技术

参照图1，完成各服务器拓扑互联、配置IP地址信息，并完成DNS服务器的配置，为全网提供域名解析，将邮件服务器域名为mail.yax.com、yax.com解析为VIP地址172.16.42.15，DNS域名区域配置文件如下：

$TTL 1D

@ IN SOA @ rname.invalid. （

0 ; serial

1D ; refresh

1H ; retry

1W ; expire

3H） ; minimum

NS dns

dns A 172.16.42.10

yax.com. A 172.16.42.15

mail A 172.16.42.15

DNS测试结果如下：

[root@localhost ～] nslookup

> yax.com

Server：172.16.42.10

Address：172.16.42.10#53

Name：yax.com

Address：172.16.42.15

>mail. yax.com

Server：172.16.42.10

Address：172.16.42.10#53

Name：mail.yax.com

Address：172.16.42.15

与此同时，在2 台物理服务器上安装Post⁃fix2.10.1、Dovecot2.2.36，完成部署邮件系统，并建立邮件账号yax@yax.com、yyyy@yax.com，用于后期测试邮件系统。

运行命令“useradd yax – d /mail – s /sbin/nologin”，创建本地用户账号。

-d /mail，是新用户的主目录，即邮件的存放路径。

–s /sbin/nologin，表示禁止新用户登录系统。

完成DNS、邮件系统的基本配置之后，接下来开始配置集群功能。在2台邮件服务器上安装集群平台Keepalived，并分别编辑Keepalived 的主次节点配置文件。

在主节点上设置router id（主节点ID 号） 为172.16.42.10，定义VRRP实例 VI_1，state为MASTER，根据实际网卡名称设置interface，定义virtual ipad⁃dress为172.16.42.15[5]。

在此节点上设置router id（次节点ID 号） 为172.16.42.20，根据实际网卡名称设置interface，state 为BACKUP，VRRP 实例和virtual ipaddress 必须与主节点一致，否则集群组建失败。

截至目前，已完成集群基本架构。默认状态下，客户机通过VIP地址172.16.42.15访问邮件系统，则有主节点为其提供邮件服务，当主节点服务器网卡故障或者系统故障后，次节点可以自动转为MASTER状态，接替主节点对外提供邮件服务。默认情况下，Keepalived集群仅仅将网络连通性作为监测项，以此判断主次节点是否在线来决定主次节点的状态，而这种判断机制是不完善的，比如在主节点网络正常联通情况下，主节点的邮件系统出现故障了，主节点却依然处于MASTER状态，继续对外提供邮件服务，可是邮件系统又出现故障了，最终导致客户机访问邮件系统失败。因此，接下来，定义脚本监测邮件系统的状态，增减Keepalived集群的监测项。即监测到主节点邮件系统故障，视为主节点网络故障，Keepalived集群启动应急机制，次节点自动转为MASTER状态，接替主节点对外提供服务。

编辑Keepalived主配置文件，定义脚本chk_post⁃fix 和chk_dovecot，分别监控postfix 进程和dovecot 进程[6]，脚本chk_postfix和chk_dovecot的内容如下：

vrrp_script chk_postfix {

script“ killall -o postfix”

}

vrrp_script chk_dovecot {

script“ killall -o dovecot”

}

Killall -0 postfix 表示监测 postfix 的状态，如果进程存在，返回结果 0，否则返回非 0，Killall -0 dovecot 同理。

3.3 测试集群功能

Keepalived集群配置完成，查看主次节点地址结果如图2、3所示。

从图4、图5可以分析得知：主节点服务器中VIP 地址172.16.42.15/32生效了，而次节点服务器中没有VIP地址，说明集群架构基本完成。

1） 测试1：关闭主节点网络，观察次节点是否能够启动切换到MASTER状态。

在主节点服务器上，运行命令systemctl stop net⁃work 关闭网络后，重新查看次节点服务器的网卡地址。

从图4可以观察到地址的变化：主节点服务器的网卡禁用以后，次节点服务器的地址发生变化，地址新增了172.16.42.15/32。由此可见，备服务器的VIP已生效。再次证实当主节点的网卡出现故障的时候，次节点无需人工干涉，自动切换到Master状态并且VIP生效，实现了主次节点服务器的网络状态的监控可以根据网络的状态进行Keepalived的主备的自动切换。

2） 测试2：关闭主节点服务器上postfix进程，观察次节点是否能够启动切换到MASTER状态。

在主节点服务器上，运行命令systemctl start net⁃work、systemctl stop postfix，重新开启网络并关闭posfix 进程后，重新查看次节点服务器的网卡地址。

从图5、图6 可以分析得知：关闭主节点服务器postfix进程后，主节点VIP地址失效而次节点服务器VIP地址生效。即集群监测到主节点服务器postfix进程关闭后，次节点自动切换到MASTER状态，实现了业务系统的自动迁移。

同理，关闭主节点服务器dovecot进程后，次节点服务器同样能够自动切换为MASTER状态，接替主节点对外提供服务，提高了邮件系统的可靠性。

4 结束语

实验证明，基于Keepalived架构的邮件系统集群较好地解决了邮件系统的单点故障问题，实现了双机热备和业务系统的在线迁移，基本达到邮件系统的高可靠性和可扩展性。

参考文献：

[1] 李霄，郭彤，王常洲.企业计算机应用系统可靠性测试技术研究[J].中国科技信息，2013（13）：87-88.

[2] 张奎.基于LVS+Keepalived的Web集群系统实验仿真[J].陕西理工大学学报（自然科学版），2020，36（4）：44-48，92.

[3] 徐建.基于Linux平台的邮件系统的设计与实现[J].湖北民族学院学报（自然科学版），2011，29（1）：100-102.

[4] 王俊波.基于Postfix的电子邮件服务的实现[J].信息与电脑（理论版），2014，26（24）：9.

[5] 金海峰，余傲雪.Nginx负载均衡器集群架构的实践应用[J].安徽电子信息职业技术学院学报，2023，22（3）：1-6.

[6] 金海峰，侯乐斌.高可用DNS集群服务器架构的实践应用[J].安徽电子信息职业技术学院学报，2022，21（3）：1-6.

【通联编辑：代影】

基金项目：2023 年江苏省职业院校学生创新创业培育计划项目“高性能高可用负载均衡集群的实践应用”（G-2023-0880） ；2022 年江苏省高校“智慧教育与教学数字化转型研究”专项课题：“虚实互补、创客教育”的高职计算机网络专业在线实践教学改革研究（2022ZHSZ41）