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Nginx+Keepalived實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)高可用 | Sean's Notes

公司內(nèi)部 OA 系統(tǒng)要做線上高可用，避免單點(diǎn)故障，所以計(jì)劃使用2臺(tái)虛擬機(jī)通過 Keepalived 工具來實(shí)現(xiàn) nginx 的高可用（High Avaiability），達(dá)到一臺(tái)nginx入口服務(wù)器宕機(jī)，另一臺(tái)備機(jī)自動(dòng)接管服務(wù)的效果。（nginx做反向代理，實(shí)現(xiàn)后端應(yīng)用服務(wù)器的負(fù)載均衡）快速搭建請(qǐng)直接跳至 第2節(jié)。

1. Keepalived介紹

Keepalived是一個(gè)基于VRRP協(xié)議來實(shí)現(xiàn)的服務(wù)高可用方案，可以利用其來避免IP單點(diǎn)故障，類似的工具還有heartbeat、corosync、pacemaker。但是它一般不會(huì)單獨(dú)出現(xiàn)，而是與其它負(fù)載均衡技術(shù)（如lvs、haproxy、nginx）一起工作來達(dá)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(rèn)為它是實(shí)現(xiàn)路由器高可用的容錯(cuò)協(xié)議，即將N臺(tái)提供相同功能的路由器組成一個(gè)路由器組(Router Group)，這個(gè)組里面有一個(gè)master和多個(gè)backup，但在外界看來就像一臺(tái)一樣，構(gòu)成虛擬路由器，擁有一個(gè)虛擬IP（vip，也就是路由器所在局域網(wǎng)內(nèi)其他機(jī)器的默認(rèn)路由），占有這個(gè)IP的master實(shí)際負(fù)責(zé)ARP相應(yīng)和轉(zhuǎn)發(fā)IP數(shù)據(jù)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(huì)發(fā)組播消息，當(dāng)backup在超時(shí)時(shí)間內(nèi)收不到vrrp包時(shí)就認(rèn)為master宕掉了，這時(shí)就需要根據(jù)VRRP的優(yōu)先級(jí)來選舉一個(gè)backup當(dāng)master，保證路由器的高可用。

在VRRP協(xié)議實(shí)現(xiàn)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(gè)地址同一時(shí)間只有一個(gè)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(shí)發(fā)送通告消息。每個(gè)Router都有一個(gè) 1-255 之間的優(yōu)先級(jí)別，級(jí)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(quán)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(gè)backup優(yōu)先級(jí)相同的IP地址較大者為master，接管虛擬IP。

與heartbeat/corosync等比較

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

Heartbeat、Corosync、Keepalived這三個(gè)集群組件我們到底選哪個(gè)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(jī)或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)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(shí)現(xiàn)Service的高可用。

所以一般Keepalived是實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)服務(wù)的高可用，常見的組合有Heartbeat v3(Corosync)+Pacemaker+NFS+Httpd 實(shí)現(xiàn)Web服務(wù)器的高可用、Heartbeat v3(Corosync)+Pacemaker+NFS+MySQL 實(shí)現(xiàn)MySQL服務(wù)器的高可用?？偨Y(jié)一下，Keepalived中實(shí)現(xiàn)輕量級(jí)的高可用，一般用于前端高可用，且不需要共享存儲(chǔ)，一般常用于兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的高可用。而Heartbeat(或Corosync)一般用于服務(wù)的高可用，且需要共享存儲(chǔ)，一般用于多節(jié)點(diǎn)的高可用。這個(gè)問題我們說明白了。

又有博友會(huì)問了，那heartbaet與corosync我們又應(yīng)該選擇哪個(gè)好啊，我想說我們一般用corosync，因?yàn)閏orosync的運(yùn)行機(jī)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(dāng)中更傾向于corosync，所以現(xiàn)在corosync+pacemaker是最佳組合。

1.2 Keepalived + nginx

keepalived可以認(rèn)為是VRRP協(xié)議在Linux上的實(shí)現(xiàn)，主要有三個(gè)模塊，分別是core、check和vrrp。core模塊為keepalived的核心，負(fù)責(zé)主進(jìn)程的啟動(dòng)、維護(hù)以及全局配置文件的加載和解析。check負(fù)責(zé)健康檢查，包括常見的各種檢查方式。vrrp模塊是來實(shí)現(xiàn)VRRP協(xié)議的。本文基于如下的拓?fù)鋱D：

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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(shí)現(xiàn)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(yùn)行狀態(tài)，并在nginx進(jìn)程不存在時(shí)嘗試重新啟動(dòng)ngnix，如果啟動(dòng)失敗則停止keepalived，準(zhǔn)備讓其它機(jī)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(jù)自己的業(yè)務(wù)需求，總結(jié)出在什么情形下關(guān)閉keepalived，如 curl 主頁連續(xù)2個(gè)5s沒有響應(yīng)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(jī)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(xiàng)說明

global_defs

  • notification_email ： keepalived在發(fā)生諸如切換操作時(shí)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(wù)器地址。也可以通過其它方式報(bào)警，畢竟郵件不是實(shí)時(shí)通知的。
  • router_id ： 機(jī)器標(biāo)識(shí)，通?？稍O(shè)為hostname。故障發(fā)生時(shí)，郵件通知會(huì)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(tái)服務(wù)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(jí)來確定。如果這里設(shè)置為MASTER，但如若他的優(yōu)先級(jí)不及另外一臺(tái)，那么這臺(tái)在發(fā)送通告時(shí)，會(huì)發(fā)送自己的優(yōu)先級(jí)，另外一臺(tái)發(fā)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)不如自己的高，那么他會(huì)就回?fù)屨紴镸ASTER
  • interface ： 實(shí)例綁定的網(wǎng)卡，因?yàn)樵谂渲锰摂MIP的時(shí)候必須是在已有的網(wǎng)卡上添加的
  • mcast_src_ip ： 發(fā)送多播數(shù)據(jù)包時(shí)的源IP地址，這里注意了，這里實(shí)際上就是在那個(gè)地址上發(fā)送VRRP通告，這個(gè)非常重要，一定要選擇穩(wěn)定的網(wǎng)卡端口來發(fā)送，這里相當(dāng)于heartbeat的心跳端口，如果沒有設(shè)置那么就用默認(rèn)的綁定的網(wǎng)卡的IP，也就是interface指定的IP地址
  • virtual_router_id ： 這里設(shè)置VRID，這里非常重要，相同的VRID為一個(gè)組，他將決定多播的MAC地址
  • priority ： 設(shè)置本節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)高的為master
  • advert_int ： 檢查間隔，默認(rèn)為1秒。這就是VRRP的定時(shí)器，MASTER每隔這樣一個(gè)時(shí)間間隔，就會(huì)發(fā)送一個(gè)advertisement報(bào)文以通知組內(nèi)其他路由器自己工作正常
  • authentication ： 定義認(rèn)證方式和密碼，主從必須一樣
  • virtual_ipaddress ： 這里設(shè)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(dāng)state為master的時(shí)候就添加，當(dāng)state為backup的時(shí)候刪除，這里主要是有優(yōu)先級(jí)來決定的，和state設(shè)置的值沒有多大關(guān)系，這里可以設(shè)置多個(gè)IP地址
  • track_script ： 引用VRRP腳本，即在 vrrp_script 部分指定的名字。定期運(yùn)行它們來改變優(yōu)先級(jí)，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?？梢杂卸鄠€(gè) 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(jí) -5
  • fall 2 ： 檢測連續(xù) 2 次失敗才算確定是真失敗。會(huì)用weight減少優(yōu)先級(jí)（1-255之間）
  • rise 1 ： 檢測 1 次成功就算成功。但不修改優(yōu)先級(jí)

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(jié)果，改變優(yōu)先級(jí)，keepalived繼續(xù)發(fā)送通告消息，backup比較優(yōu)先級(jí)再?zèng)Q定
  2. 腳本里面檢測到異常，直接關(guān)閉keepalived進(jìn)程，backup機(jī)器接收不到advertisement會(huì)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(guān)閉keepalived）。個(gè)人更傾向于通過shell腳本判斷，但有異常時(shí)exit 1，正常退出exit 0，然后keepalived根據(jù)動(dòng)態(tài)調(diào)整的 vrrp_instance 優(yōu)先級(jí)選舉決定是否搶占VIP：

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

其他情況，原本配置的優(yōu)先級(jí)不變，即配置文件中priority對(duì)應(yīng)的值。

提示：

  1. 優(yōu)先級(jí)不會(huì)不斷的提高或者降低
  2. 可以編寫多個(gè)檢測腳本并為每個(gè)檢測腳本設(shè)置不同的weight（在配置中列出就行）
  3. 不管提高優(yōu)先級(jí)還是降低優(yōu)先級(jí)，最終優(yōu)先級(jí)的范圍是在[1,254]，不會(huì)出現(xiàn)優(yōu)先級(jí)小于等于0或者優(yōu)先級(jí)大于等于255的情況
  4. 在MASTER節(jié)點(diǎn)的 vrrp_instance 中 配置 nopreempt ，當(dāng)它異?；謴?fù)后，即使它 prio 更高也不會(huì)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(wù)進(jìn)程的狀態(tài)，并動(dòng)態(tài)調(diào)整優(yōu)先級(jí)從而實(shí)現(xiàn)主備切換。

配置結(jié)束

在默認(rèn)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(zhǔn)備的。 notify 可以定義在切換成MASTER或BACKUP時(shí)執(zhí)行的腳本，如有需求請(qǐng)自行g(shù)oogle。

notify

2.5 nginx配置

當(dāng)然nginx沒有什么可配置的，因?yàn)樗ckeepalived并沒有聯(lián)系。但記住，2臺(tái)nginx服務(wù)器上的配置應(yīng)該是完全一樣的（rsync同步），這樣才能做到對(duì)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(gè)域名到虛擬IP 172.29.88.222。

更多關(guān)于nginx內(nèi)容配置請(qǐng)參考 這里 。

3. 測試

根據(jù)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(dòng)，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(guān)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：

同時(shí)可以看到兩臺(tái)服務(wù)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(tái)服務(wù)器上抓包來查看 優(yōu)先級(jí)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

參考

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