Nginx+Keepalived實現站點高可用

時間  2019-12-06
標籤 nginx+keepalived nginx keepalived 實現 站點 可用 欄目 Nginx 简体版
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公司內部 OA 系統要作線上高可用，避免單點故障，因此計劃使用2臺虛擬機經過 Keepalived 工具來實現 nginx 的高可用（High Avaiability），達到一臺nginx入口服務器宕機，另外一臺備機自動接管服務的效果。（nginx作反向代理，實現後端應用服務器的負載均衡） 快速搭建請直接跳至 第2節。html

1. Keepalived介紹

Keepalived是一個基於VRRP協議來實現的服務高可用方案，能夠利用其來避免IP單點故障，相似的工具還有heartbeat、 corosync、pacemaker。可是它通常不會單獨出現，而是與其它負載均衡技術（如lvs、haproxy、nginx）一塊兒工做來達到集羣的 高可用。前端

1.1 VRRP協議

VRRP全稱 Virtual Router Redundancy Protocol，即 虛擬路由冗餘協議。 能夠認爲它是實現路由器高可用的容錯協議，即將N臺提供相同功能的路由器組成一個路由器組(Router Group)，這個組裏面有一個master和多個backup，但在外界看來就像一臺同樣，構成虛擬路由器，擁有一個虛擬IP（vip，也就是路由器所 在局域網內其餘機器的默認路由），佔有這個IP的master實際負責ARP相應和轉發IP數據包，組中的其它路由器做爲備份的角色處於待命狀態。 master會發組播消息，當backup在超時時間內收不到vrrp包時就認爲master宕掉了，這時就須要根據VRRP的優先級來選舉一個 backup當master，保證路由器的高可用。linux

在VRRP協議實現裏，虛擬路由器使用 00-00-5E-00-01-XX 做爲虛擬MAC地址，XX就是惟一的 VRID （Virtual Router IDentifier），這個地址同一時間只有一個物理路由器佔用。在虛擬路由器裏面的物理路由器組裏面經過多播IP地址 224.0.0.18 來定時發送通告消息。每一個Router都有一個 1-255 之間的優先級別，級別最高的（highest priority）將成爲主控（master）路由器。經過下降master的優先權可讓處於backup狀態的路由器搶佔（pro-empt）主路由 器的狀態，兩個backup優先級相同的IP地址較大者爲master，接管虛擬IP。nginx

nginx-keepalived-vrrp.jpg

nginx-keepalived-vrrp.jpgweb

與heartbeat/corosync等比較

直接摘抄自 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-08/89227.htm ：shell

Heartbeat、Corosync、Keepalived這三個集羣組件咱們到底選哪一個好，首先我想說明的是，Heartbeat、 Corosync是屬於同一類型，Keepalived與Heartbeat、Corosync，根本不是同一類型的。Keepalived使用的 vrrp協議方式，虛擬路由冗餘協議 (Virtual Router Redundancy Protocol，簡稱VRRP)；Heartbeat或Corosync是基於主機或網絡服務的高可用方式；簡單的說就是，Keepalived的目的 是模擬路由器的高可用，Heartbeat或Corosync的目的是實現Service的高可用。後端

因此通常Keepalived是實現前端高可用，經常使用的前端高可用的組合有，就是咱們常見的LVS+Keepalived、 Nginx+Keepalived、HAproxy+Keepalived。而Heartbeat或Corosync是實現服務的高可用，常見的組合有 Heartbeat v3(Corosync)+Pacemaker+NFS+Httpd 實現Web服務器的高可用、Heartbeat v3(Corosync)+Pacemaker+NFS+MySQL 實現MySQL服務器的高可用。總結一下，Keepalived中實現輕量級的高可用，通常用於前端高可用，且不須要共享存儲，通常經常使用於兩個節點的高可 用。而Heartbeat(或Corosync)通常用於服務的高可用，且須要共享存儲，通常用於多節點的高可用。這個問題咱們說明白了。瀏覽器

又有博友會問了，那heartbaet與corosync咱們又應該選擇哪一個好啊，我想說咱們通常用corosync，由於corosync的運行 機制更優於heartbeat，就連從heartbeat分離出來的pacemaker都說在之後的開發當中更傾向於corosync，因此如今 corosync+pacemaker是最佳組合。bash

1.2 Keepalived + nginx

keepalived能夠認爲是VRRP協議在Linux上的實現，主要有三個模塊，分別是core、check和vrrp。core模塊爲 keepalived的核心，負責主進程的啓動、維護以及全局配置文件的加載和解析。check負責健康檢查，包括常見的各類檢查方式。vrrp模塊是來 實現VRRP協議的。本文基於以下的拓撲圖：服務器

 
  1. +-------------+
  2. | uplink |
  3. +-------------+
  4. |
  5. +
  6. MASTER keep|alived BACKUP
  7. 172.29.88.224 172.29.88.222 172.29.88.225
  8. +-------------+ +-------------+ +-------------+
  9. | nginx01 |----| virtualIP |----| nginx02 |
  10. +-------------+ +-------------+ +-------------+
  11. |
  12. +------------------+------------------+
  13. | | |
  14. +-------------+ +-------------+ +-------------+
  15. | web01 | | web02 | | web03 |
  16. +-------------+ +-------------+ +-------------+

2. keepalived實現nginx高可用

2.1 安裝

個人環境是CentOS 6.2 X86_64，直接經過yum方式安裝最簡單：

 
  1. # yum install -y keepalived
  2. # keepalived -v
  3. Keepalived v1.2.13 (03/19,2015)

2.2 nginx監控腳本

該腳本檢測ngnix的運行狀態，並在nginx進程不存在時嘗試從新啓動ngnix，若是啓動失敗則中止keepalived，準備讓其它機器接管。

/etc/keepalived/check_nginx.sh ：

 
  1. #!/bin/bash
  2. counter=$(ps -C nginx --no-heading|wc -l)
  3. if [ "${counter}" = "0" ]; then
  4. /usr/local/bin/nginx
  5. sleep 2
  6. counter=$(ps -C nginx --no-heading|wc -l)
  7. if [ "${counter}" = "0" ]; then
  8. /etc/init.d/keepalived stop
  9. fi
  10. fi

你也能夠根據本身的業務需求，總結出在什麼情形下關閉keepalived，如 curl 主頁連續2個5s沒有響應則切換：

 
  1. #!/bin/bash
  2. # curl -IL http://localhost/member/login.htm
  3. # curl --data "memberName=fengkan&password=22" http://localhost/member/login.htm
  4. count = 0
  5. for (( k=0; k<2; k++ ))
  6. do
  7. check_code=$( curl --connect-timeout 3 -sL -w "%{http_code}\\n" http://localhost/login.html -o /dev/null )
  8. if [ "$check_code" != "200" ]; then
  9. count = count +1
  10. continue
  11. else
  12. count = 0
  13. break
  14. fi
  15. done
  16. if [ "$count" != "0" ]; then
  17. # /etc/init.d/keepalived stop
  18. exit 1
  19. else
  20. exit 0
  21. fi

2.3 keepalived.conf

 
  1. ! Configuration File for keepalived
  2. global_defs {
  3. notification_email {
  4. zhouxiao@example.com
  5. itsection@example.com
  6. }
  7. notification_email_from itsection@example.com
  8. smtp_server mail.example.com
  9. smtp_connect_timeout 30
  10. router_id LVS_DEVEL
  11. }
  12. vrrp_script chk_nginx {
  13. # script "killall -0 nginx"
  14. script "/etc/keepalived/check_nginx.sh"
  15. interval 2
  16. weight -5
  17. fall 3
  18. rise 2
  19. }
  20. vrrp_instance VI_1 {
  21. state MASTER
  22. interface eth0
  23. mcast_src_ip 172.29.88.224
  24. virtual_router_id 51
  25. priority 101
  26. advert_int 2
  27. authentication {
  28. auth_type PASS
  29. auth_pass 1111
  30. }
  31. virtual_ipaddress {
  32. 172.29.88.222
  33. }
  34. track_script {
  35. chk_nginx
  36. }
  37. }

在其它備機BACKUP上，只須要改變 state MASTER -> state BACKUP，priority 101 -> priority 100，mcast_src_ip 172.29.88.224 -> mcast_src_ip 172.29.88.225便可。

 
  1. service keepalived restart

2.4 配置選項說明

global_defs

  • notification_email ： keepalived在發生諸如切換操做時須要發送email通知地址，後面的 smtp_server 相比也都知道是郵件服務器地址。也能夠經過其它方式報警，畢竟郵件不是實時通知的。
  • router_id ： 機器標識，一般可設爲hostname。故障發生時，郵件通知會用到

vrrp_instance

  • state ： 指定instance(Initial)的初始狀態，就是說在配置好後，這臺服務器的初始狀態就是這裏指定的，但這裏指定的不算，仍是得要經過競選經過優 先級來肯定。若是這裏設置爲MASTER，但如若他的優先級不及另一臺，那麼這臺在發送通告時，會發送本身的優先級，另一臺發現優先級不如本身的高， 那麼他會就回搶佔爲MASTER
  • interface ： 實例綁定的網卡，由於在配置虛擬IP的時候必須是在已有的網卡上添加的
  • mcast_src_ip ： 發送多播數據包時的源IP地址，這裏注意了，這裏實際上就是在那個地址上發送VRRP通告，這個很是重要，必定要選擇穩定的網卡端口來發送，這裏至關於 heartbeat的心跳端口，若是沒有設置那麼就用默認的綁定的網卡的IP，也就是interface指定的IP地址
  • virtual_router_id ： 這裏設置VRID，這裏很是重要，相同的VRID爲一個組，他將決定多播的MAC地址
  • priority ： 設置本節點的優先級，優先級高的爲master
  • advert_int ： 檢查間隔，默認爲1秒。這就是VRRP的定時器，MASTER每隔這樣一個時間間隔，就會發送一個advertisement報文以通知組內其餘路由器本身工做正常
  • authentication ： 定義認證方式和密碼，主從必須同樣
  • virtual_ipaddress ： 這裏設置的就是VIP，也就是虛擬IP地址，他隨着state的變化而增長刪除，當state爲master的時候就添加，當state爲backup的時候刪除，這裏主要是有優先級來決定的，和state設置的值沒有多大關係，這裏能夠設置多個IP地址
  • track_script ： 引用VRRP腳本，即在 vrrp_script 部分指定的名字。按期運行它們來改變優先級，並最終引起主備切換。

vrrp_script

告訴 keepalived 在什麼狀況下切換，因此尤其重要。能夠有多個 vrrp_script

  • script ： 本身寫的檢測腳本。也能夠是一行命令如killall -0 nginx
  • interval 2 ： 每2s檢測一次
  • weight -5 ： 檢測失敗（腳本返回非0）則優先級 -5
  • fall 2 ： 檢測連續 2 次失敗纔算肯定是真失敗。會用weight減小優先級（1-255之間）
  • rise 1 ： 檢測 1 次成功就算成功。但不修改優先級

這裏要提示一下script通常有2種寫法：

  1. 經過腳本執行的返回結果，改變優先級，keepalived繼續發送通告消息，backup比較優先級再決定
  2. 腳本里面檢測到異常，直接關閉keepalived進程，backup機器接收不到advertisement會搶佔IP

上文 vrrp_script 配置部分，killall -0 nginx屬於第1種狀況，/etc/keepalived/check_nginx.sh屬於第2種狀況（腳本中關閉keepalived）。我的更傾向於經過shell腳本判斷，但有異常時exit 1，正常退出exit 0，而後keepalived根據動態調整的 vrrp_instance 優先級選舉決定是否搶佔VIP：

  • 若是腳本執行結果爲0，而且weight配置的值大於0，則優先級相應的增長
  • 若是腳本執行結果非0，而且weight配置的值小於0，則優先級相應的減小

其餘狀況，本來配置的優先級不變，即配置文件中priority對應的值。

提示：

  1. 優先級不會不斷的提升或者下降
  2. 能夠編寫多個檢測腳本併爲每一個檢測腳本設置不一樣的weight（在配置中列出就行）
  3. 無論提升優先級仍是下降優先級，最終優先級的範圍是在[1,254]，不會出現優先級小於等於0或者優先級大於等於255的狀況
  4. 在MASTER節點的 vrrp_instance 中 配置 nopreempt ，當它異常恢復後，即便它 prio 更高也不會搶佔，這樣能夠避免正常狀況下作無謂的切換

以上能夠作到利用腳本檢測業務進程的狀態，並動態調整優先級從而實現主備切換。

配置結束

在默認的keepalive.conf裏面還有 virtual_server,real_server 這樣的配置，咱們這用不到，它是爲lvs準備的。 notify 能夠定義在切換成MASTER或BACKUP時執行的腳本，若有需求請自行google。

2.5 nginx配置

固然nginx沒有什麼可配置的，由於它與keepalived並無聯繫。但記住，2臺nginx服務器上的配置應該是徹底同樣的（rsync同步），這樣才能作到對用戶透明，nginx.conf 裏面的 server_name 儘可能使用域名來代替，而後dns解析這個域名到虛擬IP 172.29.88.222。

更多關於nginx內容配置請參考 這裏 。

3. 測試

根據上面的配置，初始化狀態：172.29.88.224 (itoatest1,MASTER,101)，172.29.88.222（itoatest2,BACKUP,100），nginx和 keepalived都啓動，虛擬IP 172.29.88.222 在 itoatest1 上：

 
  1. # 使用ip命令配置的地址，ifconfig查看不了
  2. [root@itoatest1 nginx-1.6]# ip a|grep eth0
  3. 2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP qlen 1000
  4. inet 172.29.88.224/24 brd 172.29.88.255 scope global eth0
  5. inet 172.29.88.222/32 scope global eth0

瀏覽器訪問 172.29.88.222 或域名，OK。

直接關閉 itoatest1 上的nginx：/usr/local/nginx-1.6/sbin/nginx -s stop：

 
  1. [root@localhost keepalived]# ip a|grep eth0
  2. 2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP qlen 1000
  3. inet 172.29.88.224/24 brd 172.29.88.255 scope global eth0

vip消失，漂移到 itoatest2：

nginx-keepalived-vip.png

nginx-keepalived-vip.png

同時能夠看到兩臺服務器上 /var/log/messages：

 
  1. ## itoatest1
  2. Jun 5 16:44:01 itoatest1 Keepalived_vrrp[44875]: VRRP_Instance(VI_1) Sending gratuitous ARPs on eth0 for 172.29.88.222
  3. Jun 5 16:44:06 itoatest1 Keepalived_vrrp[44875]: VRRP_Instance(VI_1) Sending gratuitous ARPs on eth0 for 172.29.88.222
  4. Jun 5 16:44:46 itoatest1 Keepalived_vrrp[44875]: VRRP_Script(chk_nginx) failed
  5. Jun 5 16:44:48 itoatest1 Keepalived_vrrp[44875]: VRRP_Instance(VI_1) Received higher prio advert
  6. Jun 5 16:44:48 itoatest1 Keepalived_vrrp[44875]: VRRP_Instance(VI_1) Entering BACKUP STATE
  7. Jun 5 16:44:48 itoatest1 Keepalived_vrrp[44875]: VRRP_Instance(VI_1) removing protocol VIPs.
  8. Jun 5 16:44:48 itoatest1 Keepalived_healthcheckers[44874]: Netlink reflector reports IP 172.29.88.222 removed
  9. ## itoatest2
  10. Jun 5 16:44:00 itoatest2 Keepalived_vrrp[35555]: VRRP_Instance(VI_1) Transition to MASTER STATE
  11. Jun 5 16:44:00 itoatest2 Keepalived_vrrp[35555]: VRRP_Instance(VI_1) Received higher prio advert
  12. Jun 5 16:44:00 itoatest2 Keepalived_vrrp[35555]: VRRP_Instance(VI_1) Entering BACKUP STATE
  13. Jun 5 16:44:48 itoatest2 Keepalived_vrrp[35555]: VRRP_Instance(VI_1) forcing a new MASTER election
  14. Jun 5 16:44:48 itoatest2 Keepalived_vrrp[35555]: VRRP_Instance(VI_1) forcing a new MASTER election
  15. Jun 5 16:44:49 itoatest2 Keepalived_vrrp[35555]: VRRP_Instance(VI_1) Transition to MASTER STATE
  16. Jun 5 16:44:50 itoatest2 Keepalived_vrrp[35555]: VRRP_Instance(VI_1) Entering MASTER STATE
  17. Jun 5 16:44:50 itoatest2 Keepalived_vrrp[35555]: VRRP_Instance(VI_1) setting protocol VIPs.
  18. Jun 5 16:44:50 itoatest2 Keepalived_vrrp[35555]: VRRP_Instance(VI_1) Sending gratuitous ARPs on eth0 for 172.29.88.222
  19. Jun 5 16:44:50 itoatest2 Keepalived_healthcheckers[35554]: Netlink reflector reports IP 172.29.88.222 added
  20. Jun 5 16:44:55 itoatest2 Keepalived_vrrp[35555]: VRRP_Instance(VI_1) Sending gratuitous ARPs on eth0 for 172.29.88.222

你也能夠經過在兩臺服務器上抓包來查看 優先級priority 的變化：

 
  1. ## itoatest1 上
  2. ## 直接輸出，或後加 -w itoatest-kl.cap存入文件用wireshark查看
  3. # tcpdump -vvv -n -i eth0 dst 224.0.0.18 and src 172.29.88.224

nginx-keepalived-prio.png

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