Linux搭建nginx+keepalived 高可用(主备+双主模式)

Posted 2021-07-25 the丶only

一：keepalived简介

反向代理及负载均衡参考：nginx反向代理与负载均衡

当你了解会搭建nginx负载均衡后，需要考虑nginx这台服务器的安全性啦，如果只有一台，这台nginx一出问题，web就会无法访问的情况，所以为了应对这种情况，就需要两台nginx做主备服务器。

nginx+keepalived如下图所示：

Keepalived：
是Linux下面实现VRRP备份路由的高可靠性运行件。基于Keepalived设计的服务模式能够真正做到主服务器和备份服务器故障时IP瞬间无缝交接。

VRRP协议：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(RouterGroup)，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。

总结：两台主备机器通过keepalived，虚拟一个IP，也就是VIP，不是贵宾的意思，是Virtual IP的意思。VIP开始为主机器所有，备份机为空闲状态，同时在两台keepalived之间通信相当于有一条心跳线，通过心跳线互相通信，只要主机器监控（通过脚本）到ngin服务停止，则主机器自己停止keepalived，将VIP交给备份机器处理web请求，直至主机器再次恢复正常，将VIP返还给主机器。

高可用有2种方式：
1、Nginx+keepalived 主从配置
这种方案，使用一个vip地址，前端使用2台机器，一台做主，一台做备，但同时只有一台机器工作，另一台备份机器在主机器不出现故障的时候，永远处于浪费状态，对于服务器不多的网站，该方案不经济实惠。

2、Nginx+keepalived 双主配置
这种方案，使用两个vip地址，前端使用2台机器，互为主备，同时有两台机器工作，当其中一台机器出现故障，两台机器的请求转移到一台机器负担，非常适合于当前架构环境。

如下图所示：

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模拟搭建环境：4台主机：系统centos7，注：本人搭建的环境为双网卡模式，192.168.200.0/24外网，172.16.2.0/内网。所以本文配置的VIP均为外网IP。

• nginx1：172.16.2.50（已安装nginx）外网ip：192.168.200.150
• nginx2：172.16.2.51（已安装nginx）外网ip：192.168.200.151
• web1：172.16.2.20（已安装nginx，php）
• web1：172.16.2.21（已安装nginx，php）
  目的：配置nginx主备，模拟其中一台服务终止后，另外一台可正常访问到web服务器，当那台恢复正常时，两台恢复同时处理请求。

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二：在nginx服务安装keepalived软件

keepalived官网：https://www.keepalived.org/

由于yum安装的版本实在太旧了，所以自己下载下来编译安装（不嫌弃旧版本的直接yum -y install keepalived一步到位即可）。

1：安装基础依赖包，有的话就没必要安装了：
主要是gcc ，openssl-devel， libnl， libnl-devel， libnfnetlink-devel， net-tools， vim这几个包。

yum install -y gcc openssl-devel libnl libnl-devel libnfnetlink-devel net-tools vim

2：在官网下载最新版：
目前最新版为2.2.2

wget https://www.keepalived.org/software/keepalived-2.2.2.tar.gz

3: 解压到指定目录，并重命名：
解压，移动到/usr/local目录，重命名keepalived文件夹

tar -zxvf keepalived-2.2.2.tar.gz
mv keepalived-2.2.2 /usr/local/keepalived

4：进入目录编译安装：

cd /usr/local/keepalived/
./configure
make && make install

5：复制相关文件到系统中：
（之所以不喜欢编译安装，就是这一步，由于版本不同，移少移错都可能导致启动失败）

确定好自己的文件路径，复制到系统相关文件夹即可。

mkdir /etc/keepalived
cp /usr/local/keepalived/keepalived/etc/init.d/keepalived /etc/init.d/
cp /usr/local/keepalived/keepalived/etc/keepalived/keepalived.conf /etc/keepalived/
cp /usr/local/keepalived/keepalived/etc/sysconfig/keepalived /etc/sysconfig/
cp /usr/local/sbin/keepalived /usr/sbin/

6：启动测试：

/etc/init.d/keepalived start

提示正确或者OK，则表示安装成功：
但是这时用/etc/init.d/keepalived status 或者 systemctl status keepalived.service命令查看服务是关闭状态，并没有启动起来。
那是因为我们配置文件并没有配置好，无论怎么start都起不来的。

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三：keepalived配置文件基础配置

此配置为主备模式，先理解主备后，在配置双主模式更简单。

配置文件位置：/etc/keepalived/keepalived.conf
打开也许会很懵，其实用不了太多模块，先备份原配置，然后删掉其他留下最基础的配置（配置全部参数说明参考本文最后）。

cp /etc/keepalived/keepalived.conf /etc/keepalived/keepalived.conf.bak
vim /etc/keepalived/keepalived.conf

基础三个模块，global_defs全局模块，vrrp_instance配置vip模块，vrrp_script 脚本模块，用来检测nginx服务。
注：vrrp_script定义脚本后，在vrrp_instance模块必须加上track_script 参数。我就入了这个坑，导致脚本不生效。

global_defs模块参数

• 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模块参数

• state ： 指定instance(Initial)的初始状态， MASTER 或者BACKUP，不是唯一性的，跟后面的优先级priority参数有关。
• 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，(注意自己系统，我的默认是ens33,有的是eth0)
• 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（1-255）
• 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模块参数
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

在主nginx服务器172.16.2.50上， VIP设置为192.168.200.200，配置如下：

global_defs {               
   router_id Nginx_01
}
vrrp_script check_nginx {
	script "/etc/keepalived/check_nginx.sh"
	interval 2
    weight -5
    fall 3
    rise 2
}
vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface ens33
    virtual_router_id 51
    priority 150
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
     192.168.200.200
    }
    track_script {
    	check_nginx
    }
}

在备用nginx服务器172.16.2.51上，配置一样，就三点不同，一点必须相同，1. router_id 不同， 2. state BACKUP不同 ，3. priority不同。 4.virtual_router_id 必相同。 配置如下：

global_defs {               
   router_id Nginx_02
}
vrrp_script check_nginx {
	script "/etc/keepalived/check_nginx.sh"
	interval 2
    weight -5
    fall 3
    rise 2
}
vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    interface ens33
    virtual_router_id 51
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
      192.168.200.200
    }
    track_script {
    	check_nginx
    }
}

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四：nginx脚本与配置

由于待会测试，所以第一个简单脚本就可以了，只要判断nginx进程没有数值，则停止keepalived服务。测试脚本如下：

#! /bin/bash
pidof nginx
if [ $? -ne 0 ];then
/etc/init.d/keepalived stop
fi

如果测试完，可以加个尝试启动nginx，如果尝试失败两次就停止keepalived服务。脚本如下：

#!/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

nginx服务器中的nginx配置：只需要把server_name 改成VIP的IP即可，其他无需更改，负载均衡时也只要访问这个VIP地址即可。

upstream phpserver1 {
    server 172.16.2.20:9091;
    server 172.16.2.21:9092;
}

server {
        listen       80;
        server_name  192.168.200.200;
        location / {
            proxy_pass   http://phpserver1;
            index  index.html index.htm;
        }     
    }        

五：keepalived启动与测试

1：启动nginx服务，在启动keepalived服务：

依次在两台nginx服务器启动，

systemctl restart nginx.service
syetemctl start keepalived

此时在用syetemctl status keepalived查看服务已经正常启动
分别在nginx主备两台用ip addr查看IP地址：主nginx1的网卡此时已经自动获取VIP，备nginx2则没有处于空闲状态
在浏览器访问VIP：192.168.200.200，也正常，可依次负载均衡至两台web服务器的测试页面，如图展示

2：模拟主nginx1的nginx服务停止

systemctl stop nginx.service 

再次在两台nginx服务器上ip addr查看ip地址，主nginx1上此时已经没有VIP：192.168.200.200了，在备nginx2此时已经得到VIP了，浏览器访问VIP依然正常可得到web1和web2的测试网页

3：测试再次启动主nginx服务器nginx服务和keepalived服务

systemctl start nginx.service
syetemctl start keepalived

最后在主nginx1上启动nginx后，在启动keepalived后，nginx重新抢回VIP，一切恢复正常。备nginx2恢复空闲状态。可自行测试查看结果。

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六：keepalived双主模式

1：keepalived配置

当了解主备模式后，双主模式就容易配置多了。只需要在每台keepalived配置文件，加上一个vrrp_instance命名vrrp_instance VI_2即可，更改几个参数，设置另一个VIP：192.168.200.210

nginx1：state BACKUP ，priority 100， virtual_router_id 52
nginx2：state MASTER ，priority 150， virtual_router_id 52

nginx1的配置如下：

global_defs {               
   router_id Nginx_01
}
vrrp_script check_nginx {
	script "/etc/keepalived/check_nginx.sh"
	interval 2
    weight -5
    fall 3
    rise 2
}
vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface ens33
    virtual_router_id 51
    priority 150
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
     192.168.200.200
    }
    track_script {
    	check_nginx
    }
}   
vrrp_instance VI_2 {
    state BACKUP
    interface ens33
    virtual_router_id 52
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
     192.168.200.210
    }
    track_script {
    	check_nginx
    }    
}

nginx2配置如下：

global_defs {               
   router_id Nginx_02
}
vrrp_script check_nginx {
	script "/etc/keepalived/check_nginx.sh"
	interval 2
    weight -5
    fall 3
    rise 2
}
vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    interface ens33
    virtual_router_id 51
    priority 150
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
     192.168.200.200
    }
    track_script {
    	check_nginx
    }
 }
    
vrrp_instance VI_2 {
    state MASTER
    interface ens33
    virtual_router_id 52
    priority 150
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
     192.168.200.210
    }
    track_script {
    	check_nginx
    }    
}

同样，在nginx做负载均衡时，需要在nginx的配置文件中，server_name加上这个192.168.200.210这个VIP2的地址，配置如下：

upstream phpserver1 {
    server 172.16.2.20:9091;
    server 172.16.2.21:9092;
}

server {
        listen       80;
        server_name  192.168.200.200;
        server_name  192.168.200.210;
        location / {
            proxy_pass   http://phpserver1;
            index  index.html index.htm;
        }     
    }        

2：启动测试，查看ip

依次重启两台的keepalived服务，查看IP，最后看到的为以下结果，

在浏览器分别访问192.168.200.200和192.168.200.210都可以负载均衡至web1和web2。
双主模式配置完成！！

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七：keepalived配置文件详解（参考）

#全局配置
global_defs {
   # 邮件通知信息
   notification_email {
     # 定义收件人
     [e-mail]
   }
   # 定义发件人
   notification_email_from [e-mail]
   # SMTP服务器地址
   smtp_server 192.168.200.1
   smtp_connect_timeout 30
   # 路由器标识，一般不用改，也可以写成每个主机自己的主机名
   router_id LVS_DEVEL
   # VRRP的ipv4和ipv6的广播地址，配置了VIP的网卡向这个地址广播来宣告自己的配置信息，下面是默认值
   vrrp_mcast_group4 224.0.0.18
   vrrp_mcast_group6 ff02::12
}

# 定义用于实例执行的脚本内容，比如可以在线降低优先级，用于强制切换
vrrp_script SCRIPT_NAME {

}

# 一个vrrp_instance就是定义一个虚拟路由器的，实例名称
vrrp_instance VI_1 {
    # 定义初始状态，可以是MASTER或者BACKUP
    state MASTER
    # 工作接口，通告选举使用哪个接口进行
    interface ens33
    # 虚拟路由ID，如果是一组虚拟路由就定义一个ID，如果是多组就要定义多个，而且这个虚拟
    # ID还是虚拟MAC最后一段地址的信息，取值范围0-255
    virtual_router_id 51
    # 使用哪个虚拟MAC地址
    use_vmac XX:XX:XX:XX:XX
    # 监控本机上的哪个网卡，网卡一旦故障则需要把VIP转移出去
    track_interface {
        eth0
        ens33
    }
    # 如果你上面定义了MASTER,这里的优先级就需要定义的比其他的高
    priority 100
    # 通告频率，单位为秒
    advert_int 1
    # 通信认证机制，这里是明文认证还有一种是加密认证
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    # 设置虚拟VIP地址，一般就设置一个，在LVS中这个就是为LVS主机设置VIP的，这样你就不用自己手动设置了
    virtual_ipaddress {
        # IP/掩码 dev 配置在哪个网卡
        192.168.200.16/24 dev eth1
        # IP/掩码 dev 配置在哪个网卡的哪个别名上
        192.168.200.17/24 dev label eth1:1
    }
    # 虚拟路由，在需要的情况下可以设置lvs主机 数据包在哪个网卡进来从哪个网卡出去
    virtual_routes {
        192.168.110.0/24 dev eth2
    }
    # 工作模式，nopreempt表示工作在非抢占模式，默认是抢占模式 preempt
    nopreempt|preempt
    # 如果是抢占默认则可以设置等多久再抢占，默认5分钟
    preempt delay 300
    # 追踪脚本，通常用于去执行上面的vrrp_script定义的脚本内容
    track_script {

    }
    # 三个指令，如果主机状态变成Master|Backup|Fault之后会去执行的通知脚本，脚本要自己写
    notify_master ""
    notify_backup ""
    notify_fault ""
}

# 定义LVS集群服务，可以是IP+PORT；也可以是fwmark 数字，也就是防火墙规则
# 所以通过这里就可以看出来keepalive天生就是为ipvs而设计的
virtual_server 10.10.10.2 1358 {
    delay_loop 6
    # 算法
    lb_algo rr|wrr|lc|wlc|lblc|sh|dh 
    # LVS的模式
    lb_kind NAT|DR|TUN
    # 子网掩码，这个掩码是VIP的掩码
    nat_mask 255.255.255.0
    # 持久连接超时时间
    persistence_timeout 50
    # 定义协议
    protocol TCP
    # 如果后端应用服务器都不可用，就会定向到那个服务器上
    sorry_server 192.168.200.200 1358

    # 后端应用服务器 IP PORT
    real_server 192.168.200.2 1358 {
        # 权重
        weight 1
        # MSIC_CHECK|SMTP_CHEKC|TCP_CHECK|SSL_GET|HTTP_GET这些都是
        # 针对应用服务器做健康检查的方法
        MISC_CHECK {}
        # 用于检查SMTP服务器的
        SMTP_CHEKC {}

        # 如果应用服务器不是WEB服务器，就用TCP_CHECK检查
        TCP_CHECK {
          # 向哪一个端口检查，如果不指定默认使用上面定义的端口
          connect_port <PORT>
          # 向哪一个IP检测，如果不指定默认使用上面定义的IP地址
          bindto <IP>
          # 连接超时时间
          connect_timeout 3
        }

        # 如果对方是HTTPS服务器就用SSL_GET方法去检查，里面配置的内容和HTTP_GET一样
        SSL_GET {}

        # 应用服务器UP或者DOWN，就执行那个脚本
        notify_up "这里写的是路径，如果脚本后有参数，整体路径+参数引起来"
        notify_down "/PATH/SCRIPTS.sh 参数"

        # 使用HTTP_GET方法去检查
        HTTP_GET {
            # 检测URL
            url { 
              # 具体检测哪一个URL
              path /testurl/test.jsp
              # 检测内容的哈希值
              digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d
              # 除了检测哈希值还可以检测状态码，比如HTTP的200 表示正常，两种方法二选一即可
              status_code 200
            }
            url { 
              path /testurl2/test.jsp
              digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d
            }
            url { 
              path /testurl3/test.jsp
              digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d
            }
            # 向哪一个端口检查，如果不指定默认使用上面定义的端口
            connect_port <PORT>
            # 向哪一个IP检测，如果不指定默认使用上面定义的IP地址
            bindto <IP>
            # 连接超时时间
            connect_timeout 3
            # 尝试次数
            nb_get_retry 3
            # 每次尝试之间间隔几秒
            delay_before_retry 3
        }
    }

    real_server 192.168.200.3 1358 {
        weight 1
        HTTP_GET {
            url { 
              path /testurl/test.jsp
              digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334c
            }
            url { 
              path /testurl2/test.jsp
              digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334c
            }
            connect_timeout 3
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }
}