keepalived结合nginx实现nginx高可用

1.简介

 Keepalived 是一个基于VRRP协议来实现的LVS服务高可用方案，可以利用其来避免单点故障。一个LVS服务会有2台服务器运行Keepalived，一台为主服务器（MASTER），一台为备份服务器（BACKUP），但是对外表现为一个虚拟IP，主服务器会发送特定的消息给备份服务器，当备份服务器收不到这个消息的时候，即主服务器宕机的时候， 备份服务器就会接管虚拟IP，继续提供服务，从而保证了高可用性。Keepalived是VRRP的完美实现，因此在介绍keepalived之前，先介绍一下VRRP的原理。

1.VRRP 协议简介

在现实的网络环境中，两台需要通信的主机大多数情况下并没有直接的物理连接。对于这样的情况，它们之间路由怎样选择？主机如何选定到达目的主机的下一跳路由，这个问题通常的解决方法有二种：

• 在主机上使用动态路由协议(RIP、OSPF等)

• 在主机上配置静态路由

很明显，在主机上配置动态路由是非常不切实际的，因为管理、维护成本以及是否支持等诸多问题。配置静态路由就变得十分流行，但路由器(或者说默认网关default gateway)却经常成为单点故障。VRRP的目的就是为了解决静态路由单点故障问题，VRRP通过一竞选(election)协议来动态的将路由任务交给LAN中虚拟路由器中的某台VRRP路由器。

2.VRRP 工作机制

       在一个VRRP虚拟路由器中，有多台物理的VRRP路由器，但是这多台的物理的机器并不能同时工作，而是由一台称为MASTER的负责路由工作，其它的都是BACKUP，MASTER并非一成不变，VRRP让每个VRRP路由器参与竞选，最终获胜的就是MASTER。MASTER拥有一些特权，比如，拥有虚拟路由器的IP地址，我们的主机就是用这个IP地址作为静态路由的。拥有特权的MASTER要负责转发发送给网关地址的包和响应ARP请求。

       VRRP通过竞选协议来实现虚拟路由器的功能，所有的协议报文都是通过IP多播(multicast)包(多播地址224.0.0.18)形式发送的。虚拟路由器由VRID(范围0-255)和一组IP地址组成，对外表现为一个周知的MAC地址。所以，在一个虚拟路由 器中，不管谁是MASTER，对外都是相同的MAC和IP(称之为VIP)。客户端主机并不需要因为MASTER的改变而修改自己的路由配置，对客户端来说，这种主从的切换是透明的。

       在一个虚拟路由器中，只有作为MASTER的VRRP路由器会一直发送VRRP通告信息(VRRPAdvertisement message)，BACKUP不会抢占MASTER，除非它的优先级(priority)更高。当MASTER不可用时(BACKUP收不到通告信息)， 多台BACKUP中优先级最高的这台会被抢占为MASTER。这种抢占是非常快速的(<1s)，以保证服务的连续性。由于安全性考虑，VRRP包使用了加密协议进行加密。

3.VRRP 工作流程

(1).初始化：    
路由器启动时，如果路由器的优先级是255(最高优先级，路由器拥有路由器地址)，要发送VRRP通告信息，并发送广播ARP信息通告路由器IP地址对应的MAC地址为路由虚拟MAC，设置通告信息定时器准备定时发送VRRP通告信息，转为MASTER状态；否则进入BACKUP状态，设置定时器检查定时检查是否收到MASTER的通告信息。

(2).Master

• 设置定时通告定时器；

• 用VRRP虚拟MAC地址响应路由器IP地址的ARP请求；

• 转发目的MAC是VRRP虚拟MAC的数据包；

• 如果是虚拟路由器IP的拥有者，将接受目的地址是虚拟路由器IP的数据包，否则丢弃；

• 当收到shutdown的事件时删除定时通告定时器，发送优先权级为0的通告包，转初始化状态；

• 如果定时通告定时器超时时，发送VRRP通告信息；

• 收到VRRP通告信息时，如果优先权为0，发送VRRP通告信息；否则判断数据的优先级是否高于本机，或相等而且实际IP地址大于本地实际IP，设置定时通告定时器，复位主机超时定时器，转BACKUP状态；否则的话，丢弃该通告包；

(3).Backup

• 设置主机超时定时器；

• 不能响应针对虚拟路由器IP的ARP请求信息；

• 丢弃所有目的MAC地址是虚拟路由器MAC地址的数据包；

• 不接受目的是虚拟路由器IP的所有数据包；

• 当收到shutdown的事件时删除主机超时定时器，转初始化状态；

• 主机超时定时器超时的时候，发送VRRP通告信息，广播ARP地址信息，转MASTER状态；

• 收到VRRP通告信息时，如果优先权为0，表示进入MASTER选举；否则判断数据的优先级是否高于本机，如果高的话承认MASTER有效，复位主机超时定时器；否则的话，丢弃该通告包；

4.ARP查询处理

       当内部主机通过ARP查询虚拟路由器IP地址对应的MAC地址时，MASTER路由器回复的MAC地址为虚拟的VRRP的MAC地址，而不是实际网卡的 MAC地址，这样在路由器切换时让内网机器觉察不到；而在路由器重新启动时，不能主动发送本机网卡的实际MAC地址。如果虚拟路由器开启的ARP代理 (proxy_arp)功能，代理的ARP回应也回应VRRP虚拟MAC地址。

2.搭建环境

1. 服务器1：10.63.0.154  安装keeplived并设置priority 优先值为100
2. 服务器2：10.63.0.155  安装keeplived并设置priority 优先值为98
3. 设置两台服务器对应的虚拟ip为：10.63.0.158

3.安装keepalived主节点

在服务器上安装nginx，安装方法可参考文章：FastDFS教程Ⅰ-文件服务器安装与Nginx配置。本次安装keepalived采用yum的模式，在服务器1上安装，主要操作步骤如下：

1. 安装ipvsadm，指令：yum install ipvsadm，安装完成后，可通过指令ipvsadm –v查看版本号。
2. 安装keepalived，指令：yum install keepalived，安装完成后，可通过指令Keepalived –v查看版本号。
3. 创建/usr/local/nginx/nginx_check.sh脚本。脚本内容如下：

   #!/bin/bash
   #判断nginx服务是否启动，如果不存在，调用nginx启用命令，并停止2秒，若#启动失败，杀掉keepalived
   A=`ps -C nginx --no-header |wc -l`
   if [ $A -eq 0 ];then 
       /usr/sbin/nginx
       sleep 2
       if [ `ps -C nginx --no-header |wc -l` -eq 0 ];then
           killall keepalived
       fi
   fi

    设置nginx_check.sh权限，设置命令为：chmod  777   /usr/local/nginx/nginx_check.sh

4. 配置keepalived节点信息，默认配置文件为/etc/keepalived/keepalived.conf。keepalived.conf配置文件如下：

   ! Configuration File for keepalived
   
   global_defs {
      router_id nginx_master154
   }
   
   vrrp_script chk_nginx {
      script "/usr/local/nginx/nginx_check.sh"
       interval 2
       weight 20
   }
   vrrp_instance VI_1 {
       state  MASTER
       interface  eth0
       virtual_router_id 154
      mcast_src_ip 10.63.0.154
       priority 100
       nopreempt
       advert_int 1
       authentication {
           auth_type PASS
           auth_pass 1111
       }
     track_script {
           chk_nginx
       }
       virtual_ipaddress {
           10.63.0.158
       }
   }
   }

    配置文件关键参数说明：

•  router_id   //定义节点名称
• vrrp_script chk_nginx {    script "/etc/keepalived/nginx_check.sh"     interval 2     weight -20  }    //每隔2秒中去执行/etc/keepalived/nginx_check.sh脚本一次，这项检查从开始便一直进行，interval表示间隔时间，weight -20的意思是，脚本执行当判断异常时，把10.63.0.154这个节点的优先级降低20。
• state MASTER   //表示该节点角色定义为MASTER
• virtual_router_id 154  //定义虚拟的节点标识
• interface eth0   //定义网卡名称 查看服务器网卡名称可通过指令：ifconfig或者ip  a，如图：
•  

    以上配置文件完成后，启动nginx,启动keepalived，可测试nginx是否可被虚拟ip地址访问。启动keepalived指令：systemctl start keepalived.service，启动后可通过指令 systemctl status keepalived.service查看状态。利用虚拟ip访问nginx主界面截图如下：

     

3.安装keepalived备用节点

 在服务器2上面安装keepalived的方法和服务器1完全一样，在keepalived.conf配置文件中只需修改三个地方：

• interface eth0   //定义网卡名称 查看服务器2的网卡 如网卡名称为 eno24 ,则定义为：interface eno24
• priority  //优先值设置为98
• mcast_src_ip 10.63.0.155

两台服务器上面的keepalived安装成功后，通过虚拟ip10.63.0.158调用测试，发现始终是主节点的页面，不会调用备用节点的页面。设置把服务器1上面的keepalived关闭后，再次调用，会出现备用节点的主界面，如下图：

     

4.Linux服务管理工具systemctl

Linux中，有service和chkconfig两个命令管理服务。systemctl 是管理服务的主要工具， 它整合了chkconfig 与 service功能于一体。(可以通过该命令管理yum安装软件,同时设置是否开机启动)

• systemctl is-enabled servicename.service #查询服务是否开机启动
• systemctl enable *.service #开机运行服务
• systemctl disable *.service #取消开机运行
• systemctl start *.service #启动服务
• systemctl stop *.service #停止服务
• systemctl restart *.service #重启服务
• systemctl reload *.service #重新加载服务配置文件
• systemctl status *.service #查询服务运行状态
• systemctl --failed #显示启动失败的服务

       注：*代表某个服务的名字，如http的服务名为httpd

例如在CentOS 7 上安装http

      [root@CentOS7 ~]# yum -y install httpd

• 启动服务（等同于service httpd start）  systemctl start httpd.service
• 停止服务（等同于service httpd stop）  systemctl stop httpd.service
• 重启服务（等同于service httpd restart） systemctl restart httpd.service
查看服务是否运行（等同于service httpd status） systemctl status httpd.service
• 开机自启动服务（等同于chkconfig httpd on）  systemctl enable httpd.service
• 开机时禁用服务（等同于chkconfig httpd on） systemctl disable httpd.service
  
  ps -ef | grep nginx #查看服务进程
•  #非systemctl配置开机启动：chmod +x /etc/rc.d/rc.local
• #打开rc.localvi /etc/rc.local
• #加入启动脚本其中路径一定要用全路径如：/usr/local/nginx/sbin/nginx