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Nginx+Keepalived实现站点高可用

2015年08月10日,分类《系统运维》,作者:
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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。

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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。

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与heartbeat/corosync等比较

直接摘抄自 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:

  1. +-------------+
  2. | uplink |
  3. +-------------+
  4. |
  5. +
  6. MASTER keep|alived BACKUP
  7. 172.29.88.224 172.29.88.222 172.29.88.225
  8. +-------------+ +-------------+ +-------------+
  9. | nginx01 |----| virtualIP |----| nginx02 |
  10. +-------------+ +-------------+ +-------------+
  11. |
  12. +------------------+------------------+
  13. | | |
  14. +-------------+ +-------------+ +-------------+
  15. | web01 | | web02 | | web03 |
  16. +-------------+ +-------------+ +-------------+

 

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. # yum install -y keepalived
  2. # keepalived -v
  3. 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 :

  1. #!/bin/bash
  2. counter=$(ps -C nginx --no-heading|wc -l)
  3. if [ "${counter}" = "0" ]; then
  4. /usr/local/bin/nginx
  5. sleep 2
  6. counter=$(ps -C nginx --no-heading|wc -l)
  7. if [ "${counter}" = "0" ]; then
  8. /etc/init.d/keepalived stop
  9. fi
  10. 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5s没有响应则切换:

  1. #!/bin/bash
  2. # curl -IL http://localhost/member/login.htm
  3. # curl --data "memberName=fengkan&password=22" http://localhost/member/login.htm
  4. count = 0
  5. for (( k=0; k<2; k++ ))
  6. do
  7. check_code=$( curl --connect-timeout 3 -sL -w "%{http_code}\\n" http://localhost/login.html -o /dev/null )
  8. if [ "$check_code" != "200" ]; then
  9. count = count +1
  10. continue
  11. else
  12. count = 0
  13. break
  14. fi
  15. done
  16. if [ "$count" != "0" ]; then
  17. # /etc/init.d/keepalived stop
  18. exit 1
  19. else
  20. exit 0
  21. fi

 

2.3 keepalived.conf

  1. ! Configuration File for keepalived
  2. global_defs {
  3. notification_email {
  4. zhouxiao@example.com
  5. itsection@example.com
  6. }
  7. notification_email_from itsection@example.com
  8. smtp_server mail.example.com
  9. smtp_connect_timeout 30
  10. router_id LVS_DEVEL
  11. }
  12. vrrp_script chk_nginx {
  13. # script "killall -0 nginx"
  14. script "/etc/keepalived/check_nginx.sh"
  15. interval 2
  16. weight -5
  17. fall 3
  18. rise 2
  19. }
  20. vrrp_instance VI_1 {
  21. state MASTER
  22. interface eth0
  23. mcast_src_ip 172.29.88.224
  24. virtual_router_id 51
  25. priority 101
  26. advert_int 2
  27. authentication {
  28. auth_type PASS
  29. auth_pass 1111
  30. }
  31. virtual_ipaddress {
  32. 172.29.88.222
  33. }
  34. track_script {
  35. chk_nginx
  36. }
  37. }

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。

  1. 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。

 

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:

  1. # 使用ip命令配置的地址,ifconfig查看不了
  2. [root@itoatest1 nginx-1.6]# ip a|grep eth0
  3. 2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP qlen 1000
  4. inet 172.29.88.224/24 brd 172.29.88.255 scope global eth0
  5. 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. [root@localhost keepalived]# ip a|grep eth0
  2. 2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP qlen 1000
  3. inet 172.29.88.224/24 brd 172.29.88.255 scope global eth0

vip消失,漂移到 itoatest2:

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同时可以看到两台服务器上 /var/log/messages

  1. ## itoatest1
  2. Jun 5 16:44:01 itoatest1 Keepalived_vrrp[44875]: VRRP_Instance(VI_1) Sending gratuitous ARPs on eth0 for 172.29.88.222
  3. Jun 5 16:44:06 itoatest1 Keepalived_vrrp[44875]: VRRP_Instance(VI_1) Sending gratuitous ARPs on eth0 for 172.29.88.222
  4. Jun 5 16:44:46 itoatest1 Keepalived_vrrp[44875]: VRRP_Script(chk_nginx) failed
  5. Jun 5 16:44:48 itoatest1 Keepalived_vrrp[44875]: VRRP_Instance(VI_1) Received higher prio advert
  6. Jun 5 16:44:48 itoatest1 Keepalived_vrrp[44875]: VRRP_Instance(VI_1) Entering BACKUP STATE
  7. Jun 5 16:44:48 itoatest1 Keepalived_vrrp[44875]: VRRP_Instance(VI_1) removing protocol VIPs.
  8. Jun 5 16:44:48 itoatest1 Keepalived_healthcheckers[44874]: Netlink reflector reports IP 172.29.88.222 removed
  9. ## itoatest2
  10. Jun 5 16:44:00 itoatest2 Keepalived_vrrp[35555]: VRRP_Instance(VI_1) Transition to MASTER STATE
  11. Jun 5 16:44:00 itoatest2 Keepalived_vrrp[35555]: VRRP_Instance(VI_1) Received higher prio advert
  12. Jun 5 16:44:00 itoatest2 Keepalived_vrrp[35555]: VRRP_Instance(VI_1) Entering BACKUP STATE
  13. Jun 5 16:44:48 itoatest2 Keepalived_vrrp[35555]: VRRP_Instance(VI_1) forcing a new MASTER election
  14. Jun 5 16:44:48 itoatest2 Keepalived_vrrp[35555]: VRRP_Instance(VI_1) forcing a new MASTER election
  15. Jun 5 16:44:49 itoatest2 Keepalived_vrrp[35555]: VRRP_Instance(VI_1) Transition to MASTER STATE
  16. Jun 5 16:44:50 itoatest2 Keepalived_vrrp[35555]: VRRP_Instance(VI_1) Entering MASTER STATE
  17. Jun 5 16:44:50 itoatest2 Keepalived_vrrp[35555]: VRRP_Instance(VI_1) setting protocol VIPs.
  18. Jun 5 16:44:50 itoatest2 Keepalived_vrrp[35555]: VRRP_Instance(VI_1) Sending gratuitous ARPs on eth0 for 172.29.88.222
  19. Jun 5 16:44:50 itoatest2 Keepalived_healthcheckers[35554]: Netlink reflector reports IP 172.29.88.222 added
  20. 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. ## itoatest1 上
  2. ## 直接输出,或后加 -w itoatest-kl.cap存入文件用wireshark查看
  3. # tcpdump -vvv -n -i eth0 dst 224.0.0.18 and src 172.29.88.224

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参考

来源:http://seanlook.com/2015/05/18/nginx-keepalived-ha/



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