Nginx+Keepalived实现网站高可用方案

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。

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。

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。

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。

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

我的环境是CentOS 6.2 X86_64，直接通过yum方式安装最简单：

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

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5s没有响应则切换：

#!/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 

! 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

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。

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

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

直接关闭 itoatest1 上的nginx：/usr/local/nginx-1.6/sbin/nginx -s stop：

[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：

## 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

参考

使用Keepalived实现Nginx高可用性

High Availability Support Based on keepalived

nginx+keepalived实现双机热备的高可用

LVS原理详解及部署之五：LVS+keepalived实现负载均衡&高可用

Keepalived双主模型中vrrp_script中权重改变故障排查

虚拟路由器冗余协议【原理篇】VRRP详解

Keepalived原理与实战精讲

原文分享地址：http://seanlook.com/2015/05/18/nginx-keepalived-ha/