keepalived + nginx实现高可用

Posted 2020-09-14 little fat

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。

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：

+-------------+ | 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

2.1安装文件准备

序号	名称	说明
1	e2fsprogs-1.41.12-22.el6.x86_64.rpm
2	e2fsprogs-libs-1.41.12-22.el6.x86_64.rpm
3	kernel-headers-2.6.32-642.13.1.el6.x86_64.rpm
4	keyutils-libs-1.4-5.el6.x86_64.rpm
5	keyutils-libs-devel-1.4-5.el6.x86_64.rpm
6	krb5-devel-1.10.3-57.el6.x86_64.rpm
7	krb5-libs-1.10.3-57.el6.x86_64.rpm
8	libcom_err-1.41.12-22.el6.x86_64.rpm
9	libcom_err-devel-1.41.12-22.el6.x86_64.rpm
10	libnfnetlink-1.0.0-1.el6.x86_64.rpm
11	libnfnetlink-devel-1.0.0-1.el6.x86_64.rpm
12	libnl-1.1.4-2.el6.x86_64.rpm
13	libnl-devel-1.1.4-2.el6.x86_64.rpm
14	libselinux-2.0.94-7.el6.x86_64.rpm
15	libselinux-devel-2.0.94-7.el6.x86_64.rpm
16	libselinux-utils-2.0.94-7.el6.x86_64.rpm
17	libsepol-devel-2.0.41-4.el6.x86_64.rpm
18	libss-1.41.12-22.el6.x86_64.rpm
19	openssl-1.0.1e-48.el6_8.1.x86_64.rpm
20	openssl-devel-1.0.1e-48.el6_8.1.x86_64.rpm
21	popt-devel-1.13-7.el6.x86_64.rpm
22	zlib-devel-1.2.3-29.el6.x86_64.rpm
23	kernel-devel-2.6.32-642.13.1.el6.x86_64.rpm
24	kernel-headers-2.6.32-642.13.1.el6.x86_64.rpm
25	libnl3-3.2.21-8.el6.x86_64.rpm
26	libnl3-cli-3.2.21-8.el6.x86_64.rpm
27	libnl3-devel-3.2.21-8.el6.x86_64.rpm
28	libnl3-doc-3.2.21-8.el6.x86_64.rpm
29	pkgconfig-0.23-9.1.el6.x86_64.rpm
30	ipvsadm-1.29.tar.gz
31	keepalived-1.2.24.tar.gz

2.2安装rpm文件

1、将所有rpm文件放置到同意目录下，例如：/home/admin/setup/keepalived

2、rpm -ivh popt-devel-1.13-7.el6.x86_64.rpm

3、rpm -ivh libnl-devel-1.1.4-2.el6.x86_64.rpm

4、rpm -ivh openssl-devel-1.0.1e-48.el6_8.1.x86_64.rpm

如果安装中遇到问题，参考如下解决方案:

1、在安装rpm文件时，如果提示缺少依赖，请在rpm列表中寻找依赖包，并使用rpm -ivh *.rpm *.rpm *.rpm来同时安装要安装的rpm包和依赖包；

2、在安装rpm文件时，如果提示当前系统中已存在版本低于待安装包的rpm包，请使用rpm --upgrade *.rpm或rpm -U *.rpm来更新rpm包；

3、在安装rpm文件时，如果提示当前系统中已存在版本高于待安装包的rpm包，请使用rpm -e *.rpm命令卸载高版本rpm包后，然后安装待安装的低版本rpm包；如果提示存在依赖关系无法卸载高版本rpm包，请使用rpm -e --nodeps *.rpm强制卸载。

2.3安装ipvsadm

作为Keepalive依赖。

1、tar -zxvf ipvsadm-1.29.tar.gz

2、cd ipvsadm-1.29

3、make

4、make install

5、验证

       Ipvsadm

#检查当前加载的内核模块，看是否存在 ip_vs 模块。

       lsmod|grep ip_vs 

注 1、只有执行 ipvsadm 以后，才会在内核加载 ip_vs 模块。

注 2、不能以查进程的方式判断 ipvs 是否运行。

2.4安装keepalived

1、rpm -ivh libnfnetlink-1.0.0-1.el6.x86_64.rpm libnfnetlink-devel-1.0.0-1.el6.x86_64.rpm

2、tar -zxvf keepalived-1.2.24.tar.gz

3、cd keepalived-1.2.24

4、./configure --with-kernel-dir=/usr/src/kernels/2.6.32-642.13.1.el6.x86_64

5、make

6、make install

7、cp /usr/local/etc/rc.d/init.d/keepalived /etc/rc.d/init.d/

8、cp /usr/local/etc/sysconfig/keepalived /etc/sysconfig/

9、mkdir /etc/keepalived

10、cp /usr/local/etc/keepalived/keepalived.conf /etc/keepalived/

把keepalived.conf复制到/etc/keepalived/文件夹下，以后只操作/etc/keepalived/下的配置文件，而不是安装路径下的

11、cp /usr/local/sbin/keepalived /usr/sbin/

12、chkconfig keepalived on

13、chmod 755 /etc/init.d/keepalived

2.4keepalived命令

启动：service keepalived start

停止：service keepalived stop

重启：service keepalived restart

查看日志：tail -f /var/log/messages  （默认的日志放在系统日志：/var/log/messages下）

2.5配置keepalived

1. keepalived.conf配置

! Configuration File for keepalived

global_defs {
   router_id LVS_AUDAQUE
   vrrp_mcast_group4 224.0.0.21
   vrrp_skip_check_adv_addr 
   vrrp_strict
   vrrp_garp_interval 0
   vrrp_gna_interval 0
}

vrrp_script chk_nginx {
    script "/etc/keepalived/nginx-exists.sh"
    interval 2
    weight -2
}

vrrp_instance instance_23 {
    state BACKUP
    interface eth0
    virtual_router_id 61
    mcast_src_ip 172.16.88.224
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 111111
    }
    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。

2. 准备nginx测试脚本

#!/bin/bash
if [ "$(ps -ef | grep "nginx: master process"| grep -v grep )" == "" ]
then
     /home/NGINX/nginx/sbin/nginx
     sleep 5
     if [ "$(ps -ef | grep "nginx: master process"| grep -v grep )" == "" ]
     then
         killall keepalived
     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，比如：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。

#!/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

或者，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

如果，nginx已经断开，但是keepalived没有重启，可能是nginx健康脚本的权限问题，使用如下命令：

查看文件权限的语句：
ls -l xxx.xxx （xxx.xxx是文件名）
那么就会出现相类似的信息，主要都是这些： 
-rw-rw-r--

一共有10位数
其中： 最前面那个 - 代表的是类型
     中间那三个 rw-    代表的是所有者（user）
     然后那三个 rw-    代表的是组群（group）
     最后那三个 r--    代表的是其他人（other）

然后我再解释一下后面那9位数：
   r 表示文件可以被读（read）
   w 表示文件可以被写（write）
   x 表示文件可以被执行（如果它是程序的话）
   - 表示相应的权限还没有被授予

文件权限的修改：
chmod o+w xxx.xxx
表示给其他人授予写xxx.xxx这个文件的权限

chmod go-rw xxx.xxx
表示删除xxx.xxx中组群和其他人的读和写的权限

其中：
  u 代表所有者（user）
  g 代表所有者所在的组群（group）
  o 代表其他人，但不是u和g （other）
  a 代表全部的人，也就是包括u，g和o

  r 表示文件可以被读（read）
  w 表示文件可以被写（write）
  x 表示文件可以被执行（如果它是程序的话）

其中：rwx也可以用数字来代替
   r ------------4
   w -----------2
   x ------------1
   - ------------0

行动：
  + 表示添加权限
  - 表示删除权限
  = 表示使之成为唯一的权限

当大家都明白了上面的东西之后，那么我们常见的以下的一些权限就很容易都明白了：

-rw-------    (600) 只有所有者才有读和写的权限
-rw-r--r--    (644) 只有所有者才有读和写的权限，组群和其他人只有读的权限
-rwx------    (700) 只有所有者才有读，写，执行的权限
-rwxr-xr-x    (755) 只有所有者才有读，写，执行的权限，组群和其他人只有读和执行的权限
-rwx--x--x    (711) 只有所有者才有读，写，执行的权限，组群和其他人只有执行的权限
-rw-rw-rw-    (666) 每个人都有读写的权限
-rwxrwxrwx    (777) 每个人都有读写和执行的权限

 

2.6 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。

2.7 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。

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 [[email protected] 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

 

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	[[email protected] 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：

1

## 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：

1	## 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