Nginx与Keepalived 实现站点高可用方案
目录
- 概述
- 规划与准备工作
- 安装、部署Nginx和Keepalived
- 高可用方案--主主配置
- 高可用方案--主从配置
- 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
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
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
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) | 无 | 192.168.1.100 | - | 虚拟节点 |
2 | VIP2(Keepalived) | 无 | 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:
- 优先级不会不断的提高或者降低
- 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)
- 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
- 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: