Nginx与Keepalived 实现站点高可用方案

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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

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。

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

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

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

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;
    }

}

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

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

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

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。

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：

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