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Nginx+Keepalived实现站点高可用

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公司内部 OA 系统要做线上高可用,避免单点故障,所以计划使用 2 台虚拟机通过 Keepalived 工具来实现 nginx 的高可用(High Avaiability),达到一台 nginx 入口服务器宕机,另一台备机自动接管服务的效果。(nginx 做反向代理,实现后端应用服务器的负载均衡)快速搭建请直接跳至 第 2 节。

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。

1.1 VRRP 协议

VRRP 全称 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 N 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。

Nginx+Keepalived 实现站点高可用

与 heartbeat/corosync 等比较

看 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-08/89227.htm:

Heartbeat、Corosync、Keepalived 这三个集群组件我们到底选哪个好,首先我想说明的是,Heartbeat、Corosync 是属于同一类型,Keepalived 与 Heartbeat、Corosync,根本不是同一类型的。Keepalived 使用的 vrrp 协议方式,虚拟路由冗余协议 (Virtual Router Redundancy Protocol,简称 VRRP);Heartbeat 或 Corosync 是基于主机或网络服务的高可用方式;简单的说就是,Keepalived 的目的是模拟路由器的高可用,Heartbeat 或 Corosync 的目的是实现 Service 的高可用。

所以一般 Keepalived 是实现前端高可用,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。而 Heartbeat 或 Corosync 是实现服务的高可用,常见的组合有 Heartbeat v3(Corosync)+Pacemaker+NFS+Httpd 实现 Web 服务器的高可用、Heartbeat v3(Corosync)+Pacemaker+NFS+MySQL 实现 MySQL 服务器的高可用。总结一下,Keepalived 中实现轻量级的高可用,一般用于前端高可用,且不需要共享存储,一般常用于两个节点的高可用。而 Heartbeat(或 Corosync)一般用于服务的高可用,且需要共享存储,一般用于多节点的高可用。这个问题我们说明白了。

又有博友会问了,那 heartbaet 与 corosync 我们又应该选择哪个好啊,我想说我们一般用 corosync,因为 corosync 的运行机制更优于 heartbeat,就连从 heartbeat 分离出来的 pacemaker 都说在以后的开发当中更倾向于 corosync,所以现在 corosync+pacemaker 是最佳组合。

1.2 Keepalived + nginx

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:

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+————-+
| uplink |
+————-+
|
+
MASTER keep|alived BACKUP
172.29.88.224 172.29.88.222 172.29.88.225
+————-+ +————-+ +————-+
| nginx01 |—-| virtualIP |—-| nginx02 |
+————-+ +————-+ +————-+
|
+——————+——————+
|||
+————-+ +————-+ +————-+
| web01 || web02 || web03 |
+————-+ +————-+ +————-+

2. keepalived 实现 nginx 高可用

2.1 安装

我的环境是 CentOS 6.2 X86_64,直接通过 yum 方式安装最简单:

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

 

2.2 nginx 监控脚本

该脚本检测 ngnix 的运行状态,并在 nginx 进程不存在时尝试重新启动 ngnix,如果启动失败则停止 keepalived,准备让其它机器接管。

/etc/keepalived/check_nginx.sh

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#!/bin/bash
counter=$(ps -C nginx –no-heading|wc -l)
if [${counter} = “0” ]; then
/usr/local/bin/nginx
sleep 2
counter=$(ps -C nginx –no-heading|wc -l)
if [${counter} = “0” ]; then
/etc/init.d/keepalived stop
fi
fi

 

你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 3s 没有响应则切换:
(感谢网友对这个脚本提出的几处语法错误,已修正)

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#!/bin/bash
# curl -IL http://localhost/member/login.htm
# curl –data “memberName=fengkan&password=22” http://localhost/member/login.htm
 
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=$(expr $count + 1)
sleep 3
continue
else
count=0
break
fi
done
if [$count != “0” ]; then
# /etc/init.d/keepalived stop
exit 1
else
exit 0
fi

 

2.3 keepalived.conf

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! Configuration File for keepalived
global_defs {
notification_email {
zhouxiao@example.com
itsection@example.com
}
notification_email_from itsection@example.com
smtp_server mail.example.com
smtp_connect_timeout 30
router_id LVS_DEVEL
}
 
vrrp_script chk_nginx {
# script “killall -0 nginx”
script “/etc/keepalived/check_nginx.sh”
interval 2
weight -5
fall 3
rise 2
}
 
vrrp_instance VI_1 {
state MASTER
interface eth0
mcast_src_ip 172.29.88.224
virtual_router_id 51
priority 101
advert_int 2
authentication {
auth_type PASS
auth_pass 1111
}
virtual_ipaddress {
172.29.88.222
}
track_script {
chk_nginx
}
}

在其它备机 BACKUP 上,只需要改变 state MASTER -> state BACKUPpriority 101 -> priority 100mcast_src_ip 172.29.88.224 -> mcast_src_ip 172.29.88.225即可。

service keepalived restart

2.4 配置选项说明

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

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。

vrrp_script
告诉 keepalived 在什么情况下切换,所以尤为重要。可以有多个 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:

  1. 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
  2. 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。

配置结束

在默认的 keepalive.conf 里面还有 virtual_server,real_server 这样的配置,我们这用不到,它是为 lvs 准备的。notify 可以定义在切换成 MASTER 或 BACKUP 时执行的脚本,如有需求请自行 google。

notify

2.5 nginx 配置

当然 nginx 没有什么可配置的,因为它与 keepalived 并没有联系。但记住,2 台 nginx 服务器上的配置应该是完全一样的(rsync 同步),这样才能做到对用户透明,nginx.conf 里面的 server_name 尽量使用域名来代替,然后 dns 解析这个域名到虚拟 IP 172.29.88.222。

更多关于 nginx 内容配置请参考 这里。

3. 测试

根据上面的配置,初始化状态:172.29.88.224 (itoatest1,MASTER,101),172.29.88.222(itoatest2,BACKUP,100),nginx 和 keepalived 都启动,虚拟 IP 172.29.88.222 在 itoatest1 上:

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

 

浏览器访问 172.29.88.222 或域名,OK。

直接关闭 itoatest1 上的 nginx:/usr/local/nginx-1.6/sbin/nginx -s stop

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

 

vip 消失,漂移到 itoatest2:

Nginx+Keepalived 实现站点高可用

同时可以看到两台服务器上 /var/log/messages

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## itoatest1
Jun 5 16:44:01 itoatest1 Keepalived_vrrp[44875]: VRRP_Instance(VI_1) Sending gratuitous ARPs on eth0 for 172.29.88.222
Jun 5 16:44:06 itoatest1 Keepalived_vrrp[44875]: VRRP_Instance(VI_1) Sending gratuitous ARPs on eth0 for 172.29.88.222
Jun 5 16:44:46 itoatest1 Keepalived_vrrp[44875]: VRRP_Script(chk_nginx) failed
Jun 5 16:44:48 itoatest1 Keepalived_vrrp[44875]: VRRP_Instance(VI_1) Received higher prio advert
Jun 5 16:44:48 itoatest1 Keepalived_vrrp[44875]: VRRP_Instance(VI_1) Entering BACKUP STATE
Jun 5 16:44:48 itoatest1 Keepalived_vrrp[44875]: VRRP_Instance(VI_1) removing protocol VIPs.
Jun 5 16:44:48 itoatest1 Keepalived_healthcheckers[44874]: Netlink reflector reports IP 172.29.88.222 removed
 
## itoatest2
Jun 5 16:44:00 itoatest2 Keepalived_vrrp[35555]: VRRP_Instance(VI_1) Transition to MASTER STATE
Jun 5 16:44:00 itoatest2 Keepalived_vrrp[35555]: VRRP_Instance(VI_1) Received higher prio advert
Jun 5 16:44:00 itoatest2 Keepalived_vrrp[35555]: VRRP_Instance(VI_1) Entering BACKUP STATE
Jun 5 16:44:48 itoatest2 Keepalived_vrrp[35555]: VRRP_Instance(VI_1) forcing a new MASTER election
Jun 5 16:44:48 itoatest2 Keepalived_vrrp[35555]: VRRP_Instance(VI_1) forcing a new MASTER election
Jun 5 16:44:49 itoatest2 Keepalived_vrrp[35555]: VRRP_Instance(VI_1) Transition to MASTER STATE
Jun 5 16:44:50 itoatest2 Keepalived_vrrp[35555]: VRRP_Instance(VI_1) Entering MASTER STATE
Jun 5 16:44:50 itoatest2 Keepalived_vrrp[35555]: VRRP_Instance(VI_1) setting protocol VIPs.
Jun 5 16:44:50 itoatest2 Keepalived_vrrp[35555]: VRRP_Instance(VI_1) Sending gratuitous ARPs on eth0 for 172.29.88.222
Jun 5 16:44:50 itoatest2 Keepalived_healthcheckers[35554]: Netlink reflector reports IP 172.29.88.222 added
Jun 5 16:44:55 itoatest2 Keepalived_vrrp[35555]: VRRP_Instance(VI_1) Sending gratuitous ARPs on eth0 for 172.29.88.222

 

你也可以通过在两台服务器上抓包来查看 优先级 priority 的变化:

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## itoatest1
## 直接输出,或后加 -w itoatest-kl.cap存入文件用 wireshark 查看
# tcpdump -vvv -n -i eth0 dst 224.0.0.18 and src 172.29.88.224

 

Nginx+Keepalived 实现站点高可用

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正文完
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