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Nginx+Keepalived實現站點高可用 | Sean's Notes

 老鶴閑聊 2016-06-28

公司內部 OA 系統(tǒng)要做線上高可用，避免單點故障，所以計劃使用2臺虛擬機通過 Keepalived 工具來實現 nginx 的高可用（High Avaiability），達到一臺nginx入口服務器宕機，另一臺備機自動接管服務的效果。（nginx做反向代理，實現后端應用服務器的負載均衡）快速搭建請直接跳至 第2節(jié)。

1. Keepalived介紹

Keepalived是一個基于VRRP協(xié)議來實現的服務高可用方案，可以利用其來避免IP單點故障，類似的工具還有heartbeat、corosync、pacemaker。但是它一般不會單獨出現，而是與其它負載均衡技術（如lvs、haproxy、nginx）一起工作來達到集群的高可用。

1.1 VRRP協(xié)議

VRRP全稱 Virtual Router Redundancy Protocol，即 虛擬路由冗余協(xié)議。可以認為它是實現路由器高可用的容錯協(xié)議，即將N臺提供相同功能的路由器組成一個路由器組(Router Group)，這個組里面有一個master和多個backup，但在外界看來就像一臺一樣，構成虛擬路由器，擁有一個虛擬IP（vip，也就是路由器所在局域網內其他機器的默認路由），占有這個IP的master實際負責ARP相應和轉發(fā)IP數據包，組中的其它路由器作為備份的角色處于待命狀態(tài)。master會發(fā)組播消息，當backup在超時時間內收不到vrrp包時就認為master宕掉了，這時就需要根據VRRP的優(yōu)先級來選舉一個backup當master，保證路由器的高可用。

在VRRP協(xié)議實現里，虛擬路由器使用 00-00-5E-00-01-XX 作為虛擬MAC地址，XX就是唯一的 VRID （Virtual Router IDentifier），這個地址同一時間只有一個物理路由器占用。在虛擬路由器里面的物理路由器組里面通過多播IP地址 224.0.0.18 來定時發(fā)送通告消息。每個Router都有一個 1-255 之間的優(yōu)先級別，級別最高的（highest priority）將成為主控（master）路由器。通過降低master的優(yōu)先權可以讓處于backup狀態(tài)的路由器搶占（pro-empt）主路由器的狀態(tài)，兩個backup優(yōu)先級相同的IP地址較大者為master，接管虛擬IP。

nginx-keepalived-vrrp.jpg

與heartbeat/corosync等比較

直接摘抄自 http://www./Linux/2013-08/89227.htm ：

Heartbeat、Corosync、Keepalived這三個集群組件我們到底選哪個好，首先我想說明的是，Heartbeat、Corosync是屬于同一類型，Keepalived與Heartbeat、Corosync，根本不是同一類型的。Keepalived使用的vrrp協(xié)議方式，虛擬路由冗余協(xié)議 (Virtual Router Redundancy Protocol，簡稱VRRP)；Heartbeat或Corosync是基于主機或網絡服務的高可用方式；簡單的說就是，Keepalived的目的是模擬路由器的高可用，Heartbeat或Corosync的目的是實現Service的高可用。

所以一般Keepalived是實現前端高可用，常用的前端高可用的組合有，就是我們常見的LVS+Keepalived、Nginx+Keepalived、HAproxy+Keepalived。而Heartbeat或Corosync是實現服務的高可用，常見的組合有Heartbeat v3(Corosync)+Pacemaker+NFS+Httpd 實現Web服務器的高可用、Heartbeat v3(Corosync)+Pacemaker+NFS+MySQL 實現MySQL服務器的高可用。總結一下，Keepalived中實現輕量級的高可用，一般用于前端高可用，且不需要共享存儲，一般常用于兩個節(jié)點的高可用。而Heartbeat(或Corosync)一般用于服務的高可用，且需要共享存儲，一般用于多節(jié)點的高可用。這個問題我們說明白了。

又有博友會問了，那heartbaet與corosync我們又應該選擇哪個好啊，我想說我們一般用corosync，因為corosync的運行機制更優(yōu)于heartbeat，就連從heartbeat分離出來的pacemaker都說在以后的開發(fā)當中更傾向于corosync，所以現在corosync+pacemaker是最佳組合。

1.2 Keepalived + nginx

keepalived可以認為是VRRP協(xié)議在Linux上的實現，主要有三個模塊，分別是core、check和vrrp。core模塊為keepalived的核心，負責主進程的啟動、維護以及全局配置文件的加載和解析。check負責健康檢查，包括常見的各種檢查方式。vrrp模塊是來實現VRRP協(xié)議的。本文基于如下的拓撲圖：

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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實現nginx高可用

2.1安裝

我的環(huán)境是CentOS 6.2 X86_64，直接通過yum方式安裝最簡單：

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

2.2 nginx監(jiān)控腳本

該腳本檢測ngnix的運行狀態(tài)，并在nginx進程不存在時嘗試重新啟動ngnix，如果啟動失敗則停止keepalived，準備讓其它機器接管。

/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

你也可以根據自己的業(yè)務需求，總結出在什么情形下關閉keepalived，如 curl 主頁連續(xù)2個5s沒有響應則切換：

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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 = count +1
        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 
    }
}

在其它備機BACKUP上，只需要改變 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 配置選項說明

global_defs

  • notification_email ： keepalived在發(fā)生諸如切換操作時需要發(fā)送email通知地址，后面的 smtp_server 相比也都知道是郵件服務器地址。也可以通過其它方式報警，畢竟郵件不是實時通知的。
  • router_id ： 機器標識，通?？稍O為hostname。故障發(fā)生時，郵件通知會用到

vrrp_instance

  • state ： 指定instance(Initial)的初始狀態(tài)，就是說在配置好后，這臺服務器的初始狀態(tài)就是這里指定的，但這里指定的不算，還是得要通過競選通過優(yōu)先級來確定。如果這里設置為MASTER，但如若他的優(yōu)先級不及另外一臺，那么這臺在發(fā)送通告時，會發(fā)送自己的優(yōu)先級，另外一臺發(fā)現優(yōu)先級不如自己的高，那么他會就回搶占為MASTER
  • interface ： 實例綁定的網卡，因為在配置虛擬IP的時候必須是在已有的網卡上添加的
  • mcast_src_ip ： 發(fā)送多播數據包時的源IP地址，這里注意了，這里實際上就是在那個地址上發(fā)送VRRP通告，這個非常重要，一定要選擇穩(wěn)定的網卡端口來發(fā)送，這里相當于heartbeat的心跳端口，如果沒有設置那么就用默認的綁定的網卡的IP，也就是interface指定的IP地址
  • virtual_router_id ： 這里設置VRID，這里非常重要，相同的VRID為一個組，他將決定多播的MAC地址
  • priority ： 設置本節(jié)點的優(yōu)先級，優(yōu)先級高的為master
  • advert_int ： 檢查間隔，默認為1秒。這就是VRRP的定時器，MASTER每隔這樣一個時間間隔，就會發(fā)送一個advertisement報文以通知組內其他路由器自己工作正常
  • authentication ： 定義認證方式和密碼，主從必須一樣
  • virtual_ipaddress ： 這里設置的就是VIP，也就是虛擬IP地址，他隨著state的變化而增加刪除，當state為master的時候就添加，當state為backup的時候刪除，這里主要是有優(yōu)先級來決定的，和state設置的值沒有多大關系，這里可以設置多個IP地址
  • track_script ： 引用VRRP腳本，即在 vrrp_script 部分指定的名字。定期運行它們來改變優(yōu)先級，并最終引發(fā)主備切換。

vrrp_script
告訴 keepalived 在什么情況下切換，所以尤為重要。可以有多個 vrrp_script

  • script ： 自己寫的檢測腳本。也可以是一行命令如killall -0 nginx
  • interval 2 ： 每2s檢測一次
  • weight -5 ： 檢測失?。_本返回非0）則優(yōu)先級 -5
  • fall 2 ： 檢測連續(xù) 2 次失敗才算確定是真失敗。會用weight減少優(yōu)先級（1-255之間）
  • rise 1 ： 檢測 1 次成功就算成功。但不修改優(yōu)先級

這里要提示一下script一般有2種寫法：

  1. 通過腳本執(zhí)行的返回結果，改變優(yōu)先級，keepalived繼續(xù)發(fā)送通告消息，backup比較優(yōu)先級再決定
  2. 腳本里面檢測到異常，直接關閉keepalived進程，backup機器接收不到advertisement會搶占IP

上文 vrrp_script 配置部分，killall -0 nginx屬于第1種情況，/etc/keepalived/check_nginx.sh屬于第2種情況（腳本中關閉keepalived）。個人更傾向于通過shell腳本判斷，但有異常時exit 1，正常退出exit 0，然后keepalived根據動態(tài)調整的 vrrp_instance 優(yōu)先級選舉決定是否搶占VIP：

  • 如果腳本執(zhí)行結果為0，并且weight配置的值大于0，則優(yōu)先級相應的增加
  • 如果腳本執(zhí)行結果非0，并且weight配置的值小于0，則優(yōu)先級相應的減少

其他情況，原本配置的優(yōu)先級不變，即配置文件中priority對應的值。

提示：

  1. 優(yōu)先級不會不斷的提高或者降低
  2. 可以編寫多個檢測腳本并為每個檢測腳本設置不同的weight（在配置中列出就行）
  3. 不管提高優(yōu)先級還是降低優(yōu)先級，最終優(yōu)先級的范圍是在[1,254]，不會出現優(yōu)先級小于等于0或者優(yōu)先級大于等于255的情況
  4. 在MASTER節(jié)點的 vrrp_instance 中 配置 nopreempt ，當它異?；謴秃?，即使它 prio 更高也不會搶占，這樣可以避免正常情況下做無謂的切換

以上可以做到利用腳本檢測業(yè)務進程的狀態(tài)，并動態(tài)調整優(yōu)先級從而實現主備切換。

配置結束

在默認的keepalive.conf里面還有 virtual_server,real_server 這樣的配置，我們這用不到，它是為lvs準備的。 notify 可以定義在切換成MASTER或BACKUP時執(zhí)行的腳本，如有需求請自行google。

notify

2.5 nginx配置

當然nginx沒有什么可配置的，因為它與keepalived并沒有聯系。但記住，2臺nginx服務器上的配置應該是完全一樣的（rsync同步），這樣才能做到對用戶透明，nginx.conf 里面的 server_name 盡量使用域名來代替，然后dns解析這個域名到虛擬IP 172.29.88.222。

更多關于nginx內容配置請參考 這里 。

3. 測試

根據上面的配置，初始化狀態(tài)：172.29.88.224 (itoatest1,MASTER,101)，172.29.88.222（itoatest2,BACKUP,100），nginx和keepalived都啟動，虛擬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

瀏覽器訪問 172.29.88.222 或域名，OK。

直接關閉 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-vip.png

同時可以看到兩臺服務器上 /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

你也可以通過在兩臺服務器上抓包來查看 優(yōu)先級priority 的變化：

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## itoatest1 上
## 直接輸出，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-prio.png

參考

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