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：

+————-+
| 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：

1
2
3

# 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：

#!/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)

#!/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

! 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 BACKUP，priority 101 -> priority 100，mcast_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：

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。

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：

# 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：

1
2
3

[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：

## 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：

1
2
3

## itoatest1 上
## 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

推荐阅读：

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Nginx 的详细介绍：请点这里
Nginx 的下载地址：请点这里

本文永久更新链接地址：http://www.linuxidc.com/Linux/2016-12/137883.htm

Nginx+Keepalived实现站点高可用

1. Keepalived 介绍

1.1 VRRP 协议

与 heartbeat/corosync 等比较

1.2 Keepalived + nginx

2. keepalived 实现 nginx 高可用

2.1 安装

2.2 nginx 监控脚本

2.3 keepalived.conf

2.4 配置选项说明

2.5 nginx 配置

3. 测试

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