Nginx与Keepalived 实现站点高可用方案

目录

  1. 概述
  2. 规划与准备工作
  3. 安装、部署Nginx和Keepalived
  4. 高可用方案--主主配置
  5. 高可用方案--主从配置
  6. Keepalived配置选项说明

1. 概述

1.1 Keepalived介绍

Keepalived是一个基于VRRP协议来实现的服务高可用方案,可以利用其来避免IP单点故障,类似的工具还有heartbeat、corosync、pacemaker。但是它一般不会单独出现,而是与其它负载均衡技术(如LVS、HAProxy、Nginx)一起工作来达到集群的高可用。

VRRP(Virtual Router Redundancy Protocol),即虚拟路由冗余协议。可以认为它是实现路由器高可用的容错协议,即将多台提供相同功能的路由器组成一个路由器组(Router Group),这个组里面有一个master和多个backup,但在外界看来就像一台一样,构成虚拟路由器,拥有一个虚拟IP(vip,也就是路由器所在局域网内其他机器的默认路由),占有这个IP的master实际负责ARP相应和转发IP数据包,组中的其它路由器作为备份的角色处于待命状态。master会发组播消息,当backup在超时时间内收不到vrrp包时就认为master宕掉了,这时就需要根据VRRP的优先级来选举一个backup当master,保证路由器的高可用。

在VRRP协议实现里,虚拟路由器使用 00-00-5E-00-01-XX 作为 虚拟 MAC地址,XX就是唯一的 VRID (Virtual Router IDentifier),这个地址同一时间只有一个物理路由器占用。在虚拟路由器里面的物理路由器组里面通过多播IP地址 224.0.0.18 来定时发送通告消息。每个Router都有一个 1-255 之间的优先级别,级别最高的(highest priority)将成为主控(master)路由器。通过降低master的优先权可以让处于backup状态的路由器抢占(pro-empt)主路由器的状态,两个backup优先级相同的IP地址较大者为master,接管虚拟IP。

VRRP结构图

一般Keepalived用于实现前端高可用,常用的前端高可用的组合有,就是我们常见的LVS+Keepalived、Nginx+Keepalived、HAproxy+Keepalived。

1.2 Nginx + Keepalived

keepalived可以认为是VRRP协议在Linux上的实现,主要有三个模块,分别是core、check和vrrp。core模块为keepalived的核心,负责主进程的启动、维护以及全局配置文件的加载和解析。check负责健康检查,包括常见的各种检查方式。vrrp模块是来实现VRRP协议的。本文基于如下的拓扑图:

Nginx + Keepalived部署结构图

2. 规划与准备工作

  1. 关闭SELinux

    为了保证Nginx和Keepalived之间的正常数据通信, 需要关闭Linux的SELinux。

    [root@localhost ~]# vi /etc/sysconfig/selinux 
      # This file controls the state of SELinux on the system.
      # SELINUX= can take one of these three values:
      #       enforcing - SELinux security policy is enforced.
      #       permissive - SELinux prints warnings instead of enforcing.
      #       disabled - SELinux is fully disabled.
      SELINUX=disabled
      # SELINUXTYPE= type of policy in use. Possible values are:
      #       targeted - Only targeted network daemons are protected.
      #       strict - Full SELinux protection.
      SELINUXTYPE=targeted
  2. 配置iptables

    配置iptables, 允许相应的端口通信。

    [root@Docker-OA-98 ~]# vi /etc/sysconfig/iptables
     *filter
     :INPUT ACCEPT [0:0]
     :FORWARD ACCEPT [0:0]
     :OUTPUT ACCEPT [0:0]
     -A INPUT -m state --state RELATED,ESTABLISHED -j ACCEPT
     -A INPUT -p icmp -j ACCEPT
     -A INPUT -i lo -j ACCEPT
     -A INPUT -p tcp -m state --state NEW -m tcp --dport 22 -j ACCEPT
     -A INPUT -p tcp -m state --state NEW -m tcp --dport 80 -j ACCEPT
     -A INPUT -p tcp -m state --state NEW -m tcp --dport 89 -j ACCEPT
     -A INPUT -p tcp -m state --state NEW -m tcp --dport 9080 -j ACCEPT
     # 允许VRRP(虚拟路由冗余协议)通信
     -A INPUT -p vrrp -j ACCEPT
     # 允许Keepalived虚拟路由组播地址通信
     -A INPUT -d 224.0.0.18 -j ACCEPT
     -A INPUT -j REJECT --reject-with icmp-host-prohibited
     -A FORWARD -j REJECT --reject-with icmp-host-prohibited
     COMMIT
  3. 环境规划

序号 服务器名称 主机名 IP地址 操作系统 备注
1 VIP1(Keepalived) 192.168.1.100 - 虚拟节点
2 VIP2(Keepalived) 192.168.1.101 - 主主模式
3 Nginx 01 Nginx-A-98 192.168.1.98 CentOS LInux 7.3
4 Nginx 02 Nginx-B-99 192.168.1.99 CentOS LInux 7.3
5 Tomcat 01 Tomcat-Web-91 192.168.202.91 CentOS LInux 7.3
6 Tomcat 02 Tomcat-Web-92 192.168.202.92 CentOS LInux 7.3
7 Tomcat 03 Tomcat-Web-93 192.168.202.93 CentOS LInux 7.3

3. 安装、部署Nginx与Keepalived

3.1 安装Nginx与Keepalived

分别在服务器Nginx 01和Nginx 02安装Nginx和Keepalived。

# 安装Nginx
[root@Docker-OA-98 ~]# yum -y install nginx

# 安装Keepalived
[root@Docker-OA-98 ~]# yum -y install keepalived

3.2 配置Nginx负载均衡

分别在服务器Nginx 01和Nginx02上配置Nginx的应用负载均衡。

[root@Docker-OA-98 ~]# vi /etc/nginx/nginx.conf
upstream application01 {
  ip_hash;
  server 192.168.202.91:8080;
  server 192.168.202.92:8080;
  server 192.168.202.93:8080;
}

server {
    listen   80;
    listen   [::]:80;
    server_name  service.test01.com;
    #root         /usr/share/nginx/html;

    location / {
        proxy_pass  http://application01/;
        proxy_set_header  Host  $host;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
        proxy_set_header  X-Real-IP     $remote_addr;

        access_log  /var/log/nginx/access.ecology.log  main;

        client_max_body_size 100m;
        client_body_buffer_size 1024k;

        proxy_connect_timeout 5000;
        proxy_read_timeout 5000;
        proxy_send_timeout 6000;
        proxy_buffer_size 1024k;
        proxy_buffers 4 512k;
        proxy_busy_buffers_size 1024k;
        proxy_temp_file_write_size 1024k;
    }

}

4. 高可用方案 -- 主主模式

主主模式

  • Nginx 01服务器Keepalived脚本配置
[root@Nginx-A-98 src]# vim /etc/keepalived/keepalived.conf
  vrrp_script chk_nginx {
     script "/etc/keepalived/nginx_check.sh"    # 检测nginx状态的脚本路径
     interval 2                    # 检测时间间隔2s
     weight -20                    # 如果脚本的条件成立,权重-20
  }

  vrrp_instance VI_1 {            # VRRP实例名;多实例的情况下,名称必须不一致
      state MASTER                # 服务状态;MASTER(工作状态)BACKUP(备用状态)
      interface eth0              # VIP绑定网卡
      virtual_router_id 51        # 虚拟路由ID,主、备节点必须一致;多实例的情况下,ID必须不一致
      mcast_src_ip 192.168.1.98  # 本机IP
      nopreempt                   # 优先级高的设置,解决异常回复后再次抢占的问题
      priority 100                # 优先级;取值范围:0~254;MASTER > BACKUP
      advert_int 1                # 组播信息发送间隔,主、备节点必须一致,默认1s
      authentication {            # 验证信息;主、备节点必须一致
          auth_type PASS          # VRRP验证类型,PASS、AH两种
          auth_pass 1111          # VRRP验证密码,在同一个vrrp_instance下,主、从必须使用相同的密码才能正常通信
      }
       track_script {             # 将track_script块加入instance配置块
          chk_nginx               # 执行Nginx监控的服务
      }
      virtual_ipaddress {         # 虚拟IP池,主、备节点必须一致,可以定义多个VIP
          192.168.1.100            # 虚拟IP
      }
  }

 vrrp_instance VI_2 {
      state BACKUP
      interface eth0
      virtual_router_id 52
      mcast_src_ip 192.168.1.98
      priority 90
      advert_int 1
      authentication {
          auth_type PASS
          auth_pass 1111
      }
      track_script {
          chk_nginx
      }
      virtual_ipaddress {
          192.168.1.101
      }
}
  • Nginx 02服务器Keepalived配置
[root@Nginx-B-99 src]# vim /etc/keepalived/keepalived.conf
  vrrp_script chk_nginx {
     script "/etc/keepalived/nginx_check.sh"
     interval 2
     weight -20
  }

  vrrp_instance VI_1 {
      state BACKUP
      interface eth0
      virtual_router_id 51
      mcast_src_ip 192.168.1.99
      priority 90
      advert_int 1
      authentication {
          auth_type PASS
          auth_pass 1111
      }
      track_script {
          chk_nginx
      }
      virtual_ipaddress {
          192.168.1.100
      }   
  }   

  vrrp_instance VI_2 {
      state MASTER
      interface eth0
      virtual_router_id 52
      mcast_src_ip 192.168.1.99
      nopreempt
      priority 100
      advert_int 1
      authentication {
          auth_type PASS
          auth_pass 1111
      }
      track_script {
          chk_nginx
      }
      virtual_ipaddress {
          192.168.1.101
      }
  }
  • Nginx状态监测脚本

分别在服务器Nginx 01和Nginx 02上添加Nginx状态监测脚本。

[root@Nginx-A-98 keepalived]# vim /etc/keepalived/nginx_check.sh
  #!/bin/bash
  A=`ps -C nginx –no-header |wc -l`
  if [ $A -eq 0 ];then
          /usr/local/nginx/sbin/nginx
          sleep 2
          if [ `ps -C nginx --no-header |wc -l` -eq 0 ];then
                  killall keepalived
          fi
  fi

我们也可以根据自己的业务需求,总结出在什么情形下关闭keepalived,如 curl 主页连续2个5s没有响应则切换:

#!/bin/bash

count = 0
for (( k=0; k<2; k++ )) 
do 
    check_code=$( curl --connect-timeout 3 -sL -w "%{http_code}\\n" http://localhost/login.html -o /dev/null )
    if [ "$check_code" != "200" ]; then
        count = count +1
        continue
    else
        count = 0
        break
    fi
done
if [ "$count" != "0" ]; then
#   /etc/init.d/keepalived stop
    exit 1
else
    exit 0
fi

5. 高可用方案 -- 主从模式

主从模式

  • Nginx 01服务器Keepalived脚本配置
[root@Nginx-A-98 src]# vim /etc/keepalived/keepalived.conf
  vrrp_script chk_nginx {
     script "/etc/keepalived/nginx_check.sh"    # 检测nginx状态的脚本路径
     interval 2                    # 检测时间间隔2s
     weight -20                    # 如果脚本的条件成立,权重-20
  }

  vrrp_instance VI_1 {            # VRRP实例名;多实例的情况下,名称必须不一致
      state MASTER                # 服务状态;MASTER(工作状态)BACKUP(备用状态)
      interface eth0              # VIP绑定网卡
      virtual_router_id 51        # 虚拟路由ID,主、备节点必须一致;多实例的情况下,ID必须不一致
      mcast_src_ip 192.168.1.98  # 本机IP
      nopreempt                   # 优先级高的设置,解决异常回复后再次抢占的问题
      priority 100                # 优先级;取值范围:0~254;MASTER > BACKUP
      advert_int 1                # 组播信息发送间隔,主、备节点必须一致,默认1s
      authentication {            # 验证信息;主、备节点必须一致
          auth_type PASS          # VRRP验证类型,PASS、AH两种
          auth_pass 1111          # VRRP验证密码,在同一个vrrp_instance下,主、从必须使用相同的密码才能正常通信
      }
       track_script {             # 将track_script块加入instance配置块
          chk_nginx               # 执行Nginx监控的服务
      }
      virtual_ipaddress {         # 虚拟IP池,主、备节点必须一致,可以定义多个VIP
          192.168.1.100            # 虚拟IP
      }
  }
  • Nginx 02服务器Keepalived配置
[root@Nginx-B-99 src]# vim /etc/keepalived/keepalived.conf
  vrrp_script chk_nginx {
     script "/etc/keepalived/nginx_check.sh"
     interval 2
     weight -20
  }

  vrrp_instance VI_1 {
      state BACKUP
      interface eth0
      virtual_router_id 51
      mcast_src_ip 192.168.1.99
      priority 90
      advert_int 1
      authentication {
          auth_type PASS
          auth_pass 1111
      }
      track_script {
          chk_nginx
      }
      virtual_ipaddress {
          192.168.1.100
      }   
  }
  • Nginx状态监测脚本

分别在服务器Nginx 01和Nginx 02上添加Nginx状态监测脚本。

[root@Nginx-A-98 keepalived]# vim /etc/keepalived/nginx_check.sh
  #!/bin/bash
  A=`ps -C nginx –no-header |wc -l`
  if [ $A -eq 0 ];then
          /usr/local/nginx/sbin/nginx
          sleep 2
          if [ `ps -C nginx --no-header |wc -l` -eq 0 ];then
                  killall keepalived
          fi
  fi

6. Keepalived配置选项说明

6.1 global_defs

  • notification_email : keepalived在发生诸如切换操作时需要发送email通知地址,后面的 smtp_server 相比也都知道是邮件服务器地址。也可以通过其它方式报警,毕竟邮件不是实时通知的。
  • router_id : 机器标识,通常可设为hostname。故障发生时,邮件通知会用到

6.2 vrrp_instance

  • state : 指定instance(Initial)的初始状态,就是说在配置好后,这台服务器的初始状态就是这里指定的,但这里指定的不算,还是得要通过竞选通过优先级来确定。如果这里设置为MASTER,但如若他的优先级不及另外一台,那么这台在发送通告时,会发送自己的优先级,另外一台发现优先级不如自己的高,那么他会就回抢占为MASTER
  • interface : 实例绑定的网卡,因为在配置虚拟IP的时候必须是在已有的网卡上添加的
  • mcast_src_ip : 发送多播数据包时的源IP地址,这里注意了,这里实际上就是在那个地址上发送VRRP通告,这个非常重要,一定要选择稳定的网卡端口来发送,这里相当于heartbeat的心跳端口,如果没有设置那么就用默认的绑定的网卡的IP,也就是interface指定的IP地址
  • virtual_router_id : 这里设置VRID,这里非常重要,相同的VRID为一个组,他将决定多播的MAC地址
  • priority : 设置本节点的优先级,优先级高的为master
  • advert_int : 检查间隔,默认为1秒。这就是VRRP的定时器,MASTER每隔这样一个时间间隔,就会发送一个advertisement报文以通知组内其他路由器自己工作正常
  • authentication : 定义认证方式和密码,主从必须一样
  • virtual_ipaddress : 这里设置的就是VIP,也就是虚拟IP地址,他随着state的变化而增加删除,当state为master的时候就添加,当state为backup的时候删除,这里主要是有优先级来决定的,和state设置的值没有多大关系,这里可以设置多个IP地址
  • track_script : 引用VRRP脚本,即在 vrrp_script 部分指定的名字。定期运行它们来改变优先级,并最终引发主备切换。

6.3 vrrp_script

告诉 keepalived 在什么情况下切换,所以尤为重要。可以存在多个 vrrp_script。

  • script : 自己写的检测脚本。也可以是一行命令如killall -0 nginx
  • interval 2 : 每2s检测一次
  • weight -5 : 检测失败(脚本返回非0)则优先级 -5
  • fall 2 : 检测连续 2 次失败才算确定是真失败。会用weight减少优先级(1-255之间)
  • rise 1 : 检测 1 次成功就算成功。但不修改优先级

这里要提示一下script一般有2种写法:

  • 通过脚本执行的返回结果,改变优先级,keepalived继续发送通告消息,backup比较优先级再决定
  • 脚本里面检测到异常,直接关闭keepalived进程,backup机器接收不到advertisement会抢占IP

上文 vrrp_script 配置部分, killall -0 nginx 属于第1种情况, /etc/keepalived/check_nginx.sh 属于第2种情况(脚本中关闭keepalived)。个人更倾向于通过shell脚本判断,但有异常时exit 1,正常退出exit 0,然后keepalived根据动态调整的 vrrp_instance 优先级选举决定是否抢占VIP:

  • 如果脚本执行结果为0,并且weight配置的值大于0,则优先级相应的增加
  • 如果脚本执行结果非0,并且weight配置的值小于0,则优先级相应的减少

其他情况,原本配置的优先级不变,即配置文件中priority对应的值。

提示:

  1. 优先级不会不断的提高或者降低
  2. 可以编写多个检测脚本并为每个检测脚本设置不同的weight(在配置中列出就行)
  3. 不管提高优先级还是降低优先级,最终优先级的范围是在[1,254],不会出现优先级小于等于0或者优先级大于等于255的情况
  4. 在MASTER节点的 vrrp_instance 中 配置 nopreempt ,当它异常恢复后,即使它 prio 更高也不会抢占,这样可以避免正常情况下做无谓的切换

以上可以做到利用脚本检测业务进程的状态,并动态调整优先级从而实现主备切换。

一些关于Keepalived相关教程集合:

CentOS 7下Keepalived + HAProxy 搭建配置详解 http://www.linuxidc.com/Linux/2017-03/141593.htm

Keepalived高可用集群应用场景与配置 http://www.linuxidc.com/Linux/2017-03/141866.htm

Nginx+Keepalived实现站点高可用 http://www.linuxidc.com/Linux/2016-12/137883.htm

Nginx+Keepalived实现站点高可用(负载均衡) http://www.linuxidc.com/Linux/2016-12/138221.htm

构建高可用集群Keepalived+Haproxy负载均衡 http://www.linuxidc.com/Linux/2016-12/138917.htm

Nginx+Keepalived双机热备(主主模式) http://www.linuxidc.com/Linux/2017-10/148061.htm

CentOS6.5下 Keepalived高可用服务单实例配置 http://www.linuxidc.com/Linux/2016-12/138110.htm

Keepalived安装与配置 http://www.linuxidc.com/Linux/2017-02/140421.htm

Nginx之Keepalived高可用 http://www.linuxidc.com/Linux/2017-05/143708.htm

Linux下Keepalived服务安装文档 http://www.linuxidc.com/Linux/2017-03/141441.htm

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