Nginx 如何配置高可用

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Nginx 如何配置高可用

2018年09月06日 19:47:32 ⁄ IT架构 ⁄ 共 7027字 ⁄ 暂无评论 ⁄ 被围观 2,411次

这一篇，主要介绍下 Nginx + KeepAlived 如何配置 HA（高可用性”（High Availability）通常来描述一个系统经过专门的设计，从而减少停工时间，而保持其服务的高度可用性）。

在项目部署过程中，代理服务器 Nginx 要做到线上高可用，避免出现单点故障，因此需要至少 2 台服务器才行。所以计划使用 2 台 nginx 代理服务器，通过 Keepalived 来实现 nginx 的 HA，实现一台 nginx 代理服务器宕机，另一台备机自动接管服务的效果。在这里 nginx 做反向代理，实现后端应用服务器（如 Tomcat 等）的负载均衡。

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。

1.2 与 heartbeat/corosync 等比较

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。

1.3 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。

2. 安装软件

2.0 测试环境

代理机器 2 台：CentOS release 6.9 (Final) 2.6.32-696.el6.x86_64

机器 IP：192.168.220.58（web58，做BACKUP）、192.168.220.59（web59，做MASTER）

虚拟 IP：192.168.220.60

2.1 安装 Nginx

在 2 台机器上，安装 Nginx。

安装命令：yum install -y nginx

查看安装的 Nginx 版本：nginx -v

版本信息如下：

nginx version: nginx/1.10.2

另：一些软件常规配置命令：

chkconfig nginx --list

chkconfig nginx on

service nginx status

service nginx start

2.2 测试 Nginx

在浏览器中，直接输入地址 http://192.168.220.58 和 192.168.220.59，看到如下界面，说明 Nginx 安装并启动成功。

2.3 安装 Keepalived

在 2 台机器上，安装 Keepalived。

安装命令：yum install -y keepalived

查看安装的 Keepalived 版本：keepalived -v

版本信息如下：

Keepalived v1.2.13 (03/19,2015)

另：一些软件常规配置命令：

chkconfig keepalived --list

chkconfig keepalived on

service keepalived status

service keepalived start

3 Keepalived 实现 nginx 高可用

3.1 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。

路径：/etc/keepalived/check_nginx.sh：

#! /bin/bash
counter=$(ps -C nginx --no-heading|wc -l)
if [ "${counter}" = "0" ]; then
    /etc/rc.d/init.d/nginx start
    sleep 2
    counter=$(ps -C nginx --no-heading|wc -l)
    if [ "${counter}" = "0" ]; then
        /etc/rc.d/init.d/keepalived stop
    fi
fi

另：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

3.2 keepalived.conf 配置

! Configuration File for keepalived

global_defs {
   notification_email {
     acassen@firewall.loc
     failover@firewall.loc
     sysadmin@firewall.loc
   }
   notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc
   smtp_server 192.168.200.1
   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 192.168.220.59
    virtual_router_id 51
    priority 101
    advert_int 2
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.220.60
    }
    track_script {
       chk_nginx 
    }
}

在另外一台代理服务器上，只需要改变 state MASTER -> state BACKUP，priority 101 -> priority 100，mcast_src_ip 192.168.220.59 -> mcast_src_ip 192.168.220.58 即可。

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：

1）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；

2）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；

3）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，这里用不到，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，如有需求请自行配置。

3.3 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 192.168.220.60。

4 测试

4.1 查看网络

在两台机器上输入命令 ip a |grep eth0，则看到如下结果：

[root@web59 html]# ip a |grep eth0
2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP qlen 1000
    inet 192.168.220.59/24 brd 192.168.220.255 scope global eth0
    inet 192.168.220.60/32 scope global eth0

[root@web58 html]# ip a |grep eth0
2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP qlen 1000
    inet 192.168.220.58/24 brd 192.168.220.255 scope global eth0

浏览器访问 192.168.220.60，正常且走的是 59 机器上的 nginx。