nginx集群架构

Caleb0

2019-12-05

Linux集群从功能分类

高可用集群，高可用集群通常为俩台服务器，一台工作，另一台冗余，当提供服务器的服务器宕机时候，冗余服务器将接替宕机的服务器继续提供服务。实现高可用的集群开源软件有Heatbeat和Keepalived。
负载均衡集群，需要有一台服务器作为分发器，它负载把用户的请求分发给后端的服务器处理，在负载均衡集群中，除分发器外，就是给用户提供服务的服务器了，这些服务器的数量至少是俩台。实现负载均衡的开源软件有很多，如：LVS，keepalived，Haproxy，Nginx，商业版有F5和Netscaler,商业版的优势在于并发量高，拥有很好的稳定性。

Keepalived的VRRP协议

Keepalived是通过VRRP协议来实现高可用的，VRRP协议会将多台功能相同的路由器组成一个组，这个组里有一个master角色和N(N>1)个backup角色，master会通过组播的组播的形式向各个backup发送VRRP协议的数据包，当backup不会受到master发来的VRRP数据包时，就会认为master宕机了，就会根据backup的优先级来决定谁是master。
Keepalived的有三个模块，core，check和VRRP,core模块是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模块负责健康检查，VRRP模块用来实现VRRP协议。

集群准备，哈哈，来战

　　准备俩台虚拟机，ip为192.168.31.132的主机S-32作为master，ip为192.168.31.139的主机c-39作为backup，俩台虚拟主机同时安装keepalived和nginx。

yum install keepalived nginx -y
systemctl stop firewalld
systemctl enable firewalld

设置Keepalived主服务器

查看keepalived的配置文件vim /etc/keepalived/keepalived.conf

! Configuration File for keepalived

global_defs {        #全局定义参数
   notification_email {    #出问题时给邮箱发邮件
     
     
         #邮件报警，暂时可不设置，后期zabbix统一管理
   }
   notification_email_from 
   smtp_server 192.168.200.1
   smtp_connect_timeout 30
   router_id LVS_DEVEL    #此处注意router_id为负载均衡标识，在局域网内应该是唯一的。
   vrrp_scripts chk_nginx{
   scripts "/scripts/check_ng.sh"   #检测服务是否正常，脚本的路径
   interval 3           #检测间断3秒
}
   vrrp_skip_check_adv_addr
   vrrp_strict
   vrrp_garp_interval 0
   vrrp_gna_interval 0
}

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER        #状态只有MASTER和BACKUP两种，并且要大写，MASTER为工作状态，BACKUP是备用状态。
    interface ens33        #通过ens33发送广播，centos6是eth0。
    lvs_sync_daemon_inteface  ens33 #这个默认没有，相当于心跳线接口，DR模式用的和上面的接口一样，也可以用机器上的其他网卡eth1，用来防止脑裂。
    virtual_router_id 51    #虚拟路由标识，同一个vrrp_instance的MASTER和BACKUP的vitrual_router_id 是一致的。
    priority 100         #优先级，同一个vrrp_instance的MASTER优先级必须比BACKUP高。
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS        #验证authentication。包含验证类型和验证密码。类型主要有PASS、AH 两种，通常使用的类型为PASS， 32         auth_pass 1111        #据说AH 使用时有问题。验证密码为明文，同一vrrp 实例MASTER 与BACKUP 使用相同的密码才能正常通信。
    }
    virtual_ipaddress {         #虚拟ip地址,可以有多个地址，每个地址占一行，不需要子网掩码，同时这个ip 必须与我们在lvs 客户端设定的vip 相一致！
        192.168.200.100    
        192.168.200.17
        192.168.200.18
     track_scripts{
        chk_nginx        #加载脚本
       }
    }
}

virtual_server 192.168.200.100 443 {     #虚拟IP，来源与上面的虚拟IP地址，后面加空格加端口号
    delay_loop 6         #健康检查间隔，单位为秒
    lb_algo rr          #负载均衡调度算法，一般用wrr、rr、wlc
    lb_kind NAT         #负载均衡转发规则。一般包括DR,NAT,TUN 3种。
    persistence_timeout 50     #会话保持时间，会话保持，就是把用户请求转发给同一个服务器，不然刚在1上提交完帐号密码，就跳转到另一台服务器2上了。
    protocol TCP        #转发协议，有TCP和UDP两种，一般用TCP，没用过UDP

    real_server 192.168.201.100 443 {    #真实服务器，包括IP和端口号
        weight 1        #权重，数值越大，权重越高 
        SSL_GET {
            url {
              path /
              digest ff20ad2481f97b1754ef3e12ecd3a9cc
            }
            url {
              path /mrtg/
              digest 9b3a0c85a887a256d6939da88aabd8cd
            }
            connect_timeout 3
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }
}

virtual_server 10.10.10.2 1358 {
    delay_loop 6
    lb_algo rr 
    lb_kind NAT
    persistence_timeout 50
    protocol TCP

    sorry_server 192.168.200.200 1358

    real_server 192.168.200.2 1358 {
        weight 1
        HTTP_GET {
            url { 
              path /testurl/test.jsp
              digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d
            }
            url { 
              path /testurl2/test.jsp
              digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d
            }
            url { 
              path /testurl3/test.jsp
              digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d
            }
            connect_timeout 3
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }

    real_server 192.168.200.3 1358 {
        weight 1
        HTTP_GET {
            url { 
              path /testurl/test.jsp
              digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334c
            }
            url { 
              path /testurl2/test.jsp
              digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334c
            }
            connect_timeout 3
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }
}

virtual_server 10.10.10.3 1358 {
    delay_loop 3
    lb_algo rr 
    lb_kind NAT
    persistence_timeout 50
    protocol TCP

    real_server 192.168.200.4 1358 {
        weight 1
        HTTP_GET {
            url { 
              path /testurl/test.jsp
              digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d
            }
            url { 
              path /testurl2/test.jsp
              digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d
            }
            url { 
              path /testurl3/test.jsp
              digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d
            }
            connect_timeout 3
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }

    real_server 192.168.200.5 1358 {
        weight 1
        HTTP_GET {
            url { 
              path /testurl/test.jsp
              digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d
            }
            url { 
              path /testurl2/test.jsp
              digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d
            }
            url { 
              path /testurl3/test.jsp
              digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d
            }
            connect_timeout 3
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }
}

编辑检测nginx 的脚本

vim /scripts/check_ng.sh脚本需要授权755的权限。

#!/bin/bash
#author:king
#blog:https://www.cnblogs.com/liang-io/
#usage:
#定义时间变量，用于纪录日志
d=`date --date today +%Y%m%d_%H:%M:%S`
#计算nginx的进程数量
n=`ps -C nginx --no-heading|wc -l`
#如果n为0，则启动nginx，并在次检测nginx，还是为0说明nginx无法启动，则关闭Keepalived
if [ $n -eq "0" ]; then 
    systemctl start nginx
       n2=`ps -C nginx --no-heading|wc -l`
  if [ $n2 -eq "0" ]; then 
         echo "$d nginx,keepalived will stop" >> /var/log/check_ng.log
    systemctl stop keepalived
  fi
fi

启动keepalived服务，使用ps aux命令查看keepalived进程，检查nginx是否启动，启动后关闭nginx，再次查询它时会自动启动，说明脚本生效

[32 scripts]# systemctl start keepalived
[32 scripts]# ps -aux|grep keep
root       7390  0.0  0.0 123008  1408 ?        Ss   11:27   0:00 /usr/sbin/keepalived -D
root       7391  0.0  0.1 133980  3384 ?        S    11:27   0:00 /usr/sbin/keepalived -D
root       7392  0.0  0.1 133848  2656 ?        S    11:27   0:00 /usr/sbin/keepalived -D
root       7408  0.0  0.0   6824   196 pts/0    R+   11:27   0:00 grep --color=auto keep
[32 scripts]# ps -aux|grep nginx
root       6748  0.0  0.1 120896  2104 ?        Ss   10:03   0:00 nginx: master process nginx
nginx      6749  0.0  0.1 121292  3564 ?        S    10:03   0:00 nginx: worker process
nginx      6750  0.0  0.1 121292  3328 ?        S    10:03   0:00 nginx: worker process
root       7013  0.0  0.1 120908  2280 ?        Ss   10:09   0:00 nginx: master process /usr/sbin/nginx
nginx      7014  0.0  0.1 121312  3344 ?        S    10:09   0:00 nginx: worker process
nginx      7015  0.0  0.1 121312  3588 ?        S    10:09   0:00 nginx: worker process
root       7410  0.0  0.0   8988   216 pts/0    R+   11:27   0:00 grep --color=auto nginx
[32 scripts]# systemctl stop nginx
[32 scripts]# ps -aux|grep nginx
root       6748  0.0  0.1 120896  2104 ?        Ss   10:03   0:00 nginx: master process nginx
nginx      6749  0.0  0.1 121292  3564 ?        S    10:03   0:00 nginx: worker process
nginx      6750  0.0  0.1 121292  3328 ?        S    10:03   0:00 nginx: worker process

Keepalived服务日志在/var/log目录下的messages文件中，设置的VIP 100 使用ifcofng命令查看不到，需要使用 ip add 查看

[32 scripts]# ip add
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 ::1/128 scope host 
       valid_lft forever preferred_lft forever
2: ens33: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:a8:f5:e5 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.31.132/24 brd 192.168.31.255 scope global noprefixroute dynamic ens33
       valid_lft 1563sec preferred_lft 1563sec
    inet 192.168.200.100/32 scope global ens33
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet 192.168.200.17/32 scope global ens33
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet 192.168.200.18/32 scope global ens33
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::f19:5632:205a:cb78/64 scope link noprefixroute 
       valid_lft forever preferred_lft forever

设置Keepalived从服务器

配置文件keepalived.conf，是上面的配置文件，就是改了一个vip，权重从服务器都比主服务器低，nginx健康的脚本也是上面的。

[139 keepalived]# vim keepalived.conf 　　　　#把priority 100  改为90，sed -i "s/priority 100/priority 90/g" /etc/keepalived/keepalived.conf
[139 keepalived]# egrep  "priority" /etc/keepalived/keepalived.conf 
    priority 90
[139 keepalived]#

区分主从nginx服务

主服务器和从服务器都安装了nginx，根据安装的nginx，web目录来写个html测试，ip来访问就可以了，

LVS负载均衡，算法

负载均衡集群有LVS，Keepalived，Haporxy，Nginx等开源软件实现，LVS基于4层，(OSI网络7层模型)，nginx基于7层，Haporxy既可以做4层也可以做7层，Keepalived的负载均衡功能就是LVS,LVS（4层）负载均衡可以分发TCP协议，web服务器是80端口，除分发80端口外，它还可以分发其他端口通信，比如：mysql负载均衡也可以用LVS去实现，而nginx不支持这个功能，仅支持http，https，mail，相比较而言，LVS这种4层的结构更稳定，能承载的并发量更高，而nginx这种7层结构更加灵活，能够实现更多的个性化需求。
lvs有三种工作模式，分别是NAT模式，DR模式，IP Tunnel模式，lvs架构中有一个核心的角色叫作分发器，用来分发用户的请求，还有诸多处理用户请求的服务器(Real Server简称RS)。
lvs的NAT模式是借助于iptables的nat来表示实现的，用户的请求到分发器后，通过预设的iptables规则，把请求的数据包转发的后端的RS上，RS设定的网关为分发器的内网ip，用户请求的数据包全部经过分发器，所以分发器成为瓶颈，在NAT模式中，分发器有公网ip即可，所以比较节省公网ip资源
lvs ip Tunnel模式需要有一个公网ip配置在分发器和所有的RS上，我们称之为VIP，客户端请求的目标ip为VIP，分发器接受到请求数据包会对数据做加工处理，把目标ip改为RS的ip，这样数据包就到了RS上，RS接受数据包后，会还原原始的数据包，这样目标的ip就为VIp，因为所有的RS配置了这个VIP，所以他的任务就是他自己
lvs DR模式需要一个公网的ip配置在分发器和所有的RS上，也就是VIP，和ipTunnel不同的是，他会把数据包的mac地址修改为RS的mac地址，rs接受数据包后，会还原原始数据包，这样目标ip就为VIP，因为所有的RS上配置的了这个VIP，所以他会认为是他自己。
LVS 支持的算法包括 8 种：轮询（Round-Robin，简称 rr）、加权轮询（Weight Round-Robin，简称wrr）、最小连接（Least-Connection，简称lc）、加权最小连接（Weight Least-Connection，简称 wlc）、基于局部性的最小连接（Locality-Based Least Connections，简称 lblc）、带复制的基于局部性最小连接（Locality-Based Least Connections with Replication，简称lblcr）、目标地址散列调度（Destination Hashing，简称dh）和源地址散列调度（Source Hashing，简称sh）。

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