Nginx + Keepalived实现应用高可用负载均衡功能

说明：此处仅介绍 Keepalived 实现nginx负载均衡器的高可用，关于nginx介绍和负载均衡实现可查看我的另两篇博文 Nginx负载均衡 和 Nginx配置了解

应用背景：实现高可用，避免单点故障

技术实现：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。（nginx做反向代理，实现后端应用服务器的负载均衡）

环境准备

　　192.168.182.130：nginx + keepalived   master

　　192.168.182.133：nginx + keepalived   backup

　　192.168.182.131：tomcat

　　192.168.182.132：tomcat

　　虚拟ip(VIP)：192.168.182.100，对外提供服务的ip，也可称作浮动ip

　　各个组件之间的关系图如下：

在Nginx负载均衡的基础上再配置一台nginx服务器用于负载均衡器，也就是此处的192.168.182.133服务器。

安装Keepalived 

在两台nginx服务器分别安装keepalived，步骤如下：

keepalived源码包下载地址：http://www.keepalived.org/download.html

keepalived安装：

1、下载最新版源码包keepalived-1.4.0.tar.gz；

2、用Xftp将keepalived-1.4.0.tar.gz上传至linux/root目录；

3、解压keepalived-1.4.0.tar.gz得到keepalived-1.4.0，并进入keepalived-1.4.0目录；

tar -zvxf keepalived-1.4.0.tar.gz
cd keepalived-1.4.0

4、查看安装环境是否适合,并指定安装目录；

./configure --prefix=/usr/local/keepalived

5、系统出现警告：*** WARNING - this build will not support IPVS with IPv6. Please install libnl/libnl-3 dev libraries to support IPv6 with IPVS.

yum -y install libnl libnl-devel

6、 安装完以后重新查看安装环境是否适合,并指定安装目录

./configure --prefix=/usr/local/keepalived

7、出现错误： configure: error: libnfnetlink headers missing

yum install -y libnfnetlink-devel

8、安装完以后重新查看安装环境是否适合,并指定安装目录

./configure --prefix=/usr/local/keepalived

9、显示环境符合，可进行keepalived安装

make && make install

10、进入指定安装目录可看到如下目录结构：

11、把keepalived配置到系统服务

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

12、自定义编辑keepalived执行脚本

vi /etc/init.d/keepalived

　　keepalived脚本文件如下：

#!/bin/sh
#
# keepalived   High Availability monitor built upon LVS and VRRP
#
# chkconfig:   - 86 14
# description: Robust keepalive facility to the Linux Virtual Server project 
#              with multilayer TCP/IP stack checks.

### BEGIN INIT INFO
# Provides: keepalived
# Required-Start: $local_fs $network $named $syslog
# Required-Stop: $local_fs $network $named $syslog
# Should-Start: smtpdaemon httpd
# Should-Stop: smtpdaemon httpd
# Default-Start:
# Default-Stop: 0 1 2 3 4 5 6
# Short-Description: High Availability monitor built upon LVS and VRRP
# Description:       Robust keepalive facility to the Linux Virtual Server
#                    project with multilayer TCP/IP stack checks.
### END INIT INFO

# Source function library.
. /etc/rc.d/init.d/functions

exec="/usr/local/keepalived/sbin/keepalived"
prog="keepalived"
config="/etc/keepalived/keepalived.conf"

[ -e /etc/sysconfig/$prog ] && . /etc/sysconfig/$prog

lockfile=/var/lock/subsys/keepalived

start() {
    [ -x $exec ] || exit 5
    [ -e $config ] || exit 6
    echo -n $"Starting $prog: "
    daemon $exec $KEEPALIVED_OPTIONS
    retval=$?
    echo
    [ $retval -eq 0 ] && touch $lock-file
    return $retval
}

stop() {
    echo -n $"Stopping $prog: "
    killproc $prog
    retval=$?
    echo
    [ $retval -eq 0 ] && rm -f $lockfile
    return $retval
}

restart() {
    stop
    start
}

reload() {
    echo -n $"Reloading $prog: "
    killproc $prog -1
    retval=$?
    echo
    return $retval
}

force_reload() {
    restart
}

rh_status() {
    status $prog
}

rh_status_q() {
    rh_status &>/dev/null
}


case "$1" in
    start)
        rh_status_q && exit 0
        $1
        ;;
    stop)
        rh_status_q || exit 0
        $1
        ;;
    restart)
        $1
        ;;
    reload)
        rh_status_q || exit 7
        $1
        ;;
    force-reload)
        force_reload
        ;;
    status)
        rh_status
        ;;
    condrestart|try-restart)
        rh_status_q || exit 0
        restart
        ;;
    *)
        echo $"Usage: $0 {start|stop|status|restart|condrestart|try-restart|reload|force-reload}"
        exit 2
esac
exit $?

注意：

 修改以上脚本两个地方：

• exec="/usr/sbin/keepalived" 修改成keepalived执行程序的路径。
• config="/etc/keepalived/keepalived.conf" 修改成keepalived核心配置文件的路径。

13、由于/etc/init.d/keepalived权限不够（白色字体），授权

chmod 755 /etc/init.d/keepalived

14、将keepalived添加到开机自启

vi /etc/rc.local

　　在编辑区将keepalived执行程序的路径添加到最后一行，如下：

注意：由于/etc/rc.local权限不够，需授权

chmod 755 /etc/rc.local

15、keepalived到此安装完成！

配置两台nginx服务器的keepalived，实现两台nginx负载均衡器高可用

1、先配置nginx-master，也就是192.168.182.130这台服务器

vi  /etc/keepalived/keepalived.conf

keepalived.conf

global_defs {
   router_id 30　　　# 设置nginx-master服务器的ID，这个值在整个keepalived高可用架构中是唯一的，此处用IP末尾数标识　
}

vrrp_script check_nginx {
    script "/etc/keepalived/check_nginx.sh"    # 配置keepalived监控nginx负载均衡服务器状态的脚本，看nginx是否挂掉等情况，然后做相应处理
    interval 5 　　　　　　　　# 检测脚本执行的时间间隔，单位是秒
}

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER                    # 指定keepalived的角色，MASTER为主，BACKUP为辅
    interface eth0　　　　　　　　　　# 指定当前进行VRRP通讯的接口卡（此处是centos的网卡）
    virtual_router_id 51　　　　　　　　# 虚拟路由编号，主从要一致，以表明主从服务器属于同一VRRP通讯协议小组
    mcast_src_ip 192.168.182.130　　　　#　　本机IP地址
    priority 100　　　　　　　　　　　　# 优先级，数值越大，处理请求的优先级越高
    advert_int 1　　　　　　　　　　　　# 检查间隔，默认1s（vrrp组播周期秒数）
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    track_script {　　　　　　　　　　#  调用检测脚本
        check_nginx
    }
    virtual_ipaddress {　　　　　　　　# 定义虚拟IP（VIP）,可设置多个，每行一个，两个节点设置的虚拟IP必须一致
        192.168.182.100
    }
}

 2、将keepalived.conf配置中的监控脚本check_nginx.sh，放在配置中书写的路径下

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

3、端口调整

因为nginx服务器配置中显示，nginx默认监控端口80，所以为了80端口为我所用，先将nginx配置中默认的80端口修改为8888（只要不被占用即可），然后，在我们配置的server模块中，监听80端口，主机名改为localhost，这样，我们访问虚拟IP192.168.182.100（以为是80端口，所以不需要带端口号）时，才能映射到nginx服务器IP192.168.182.130，然后，nginx再去进行请求转发给两台tomcat真实服务器192.168.182.131和192.168.182.132中的一台

nginx-master配置nginx.conf修改为：

#user  nobody;
worker_processes  1;

#error_log  logs/error.log;
#error_log  logs/error.log  notice;
#error_log  logs/error.log  info;

#pid        logs/nginx.pid;


events {
    worker_connections  1024;
}


http {
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;

    #log_format  main  '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
    #                  '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
    #                  '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';

    #access_log  logs/access.log  main;

    sendfile        on;
    #tcp_nopush     on;

    #keepalive_timeout  0;
    keepalive_timeout  65;

    #gzip  on;
    upstream serverCluster{
        server 192.168.182.131:8080 weight=1;
        server 192.168.182.132:8080 weight=1;
    }
    server {
       listen       8888;   # 此处默认80修改为8888
       server_name  localhost;

        #charset koi8-r;

        #access_log  logs/host.access.log  main;

       location / {
           root   html;
           index  index.html index.htm;
       }

        #error_page  404              /404.html;

        # redirect server error pages to the static page /50x.html
        #
        error_page   500 502 503 504  /50x.html;
        location = /50x.html {
            root   html;
        }

        # proxy the PHP scripts to Apache listening on 127.0.0.1:80
        #
        #location ~ .php$ {
        #    proxy_pass   http://127.0.0.1;
        #}

        # pass the PHP scripts to FastCGI server listening on 127.0.0.1:9000
        #
        #location ~ .php$ {
        #    root           html;
        #    fastcgi_pass   127.0.0.1:9000;
        #    fastcgi_index  index.php;
        #    fastcgi_param  SCRIPT_FILENAME  /scripts$fastcgi_script_name;
        #    include        fastcgi_params;
        #}

        # deny access to .htaccess files, if Apache's document root
        # concurs with nginx's one
        #
        #location ~ /.ht {
        #    deny  all;
        #}
    }


    # another virtual host using mix of IP-, name-, and port-based configuration
    #
    #server {
    #    listen       8000;
    #    listen       somename:8080;
    #    server_name  somename  alias  another.alias;

    #    location / {
    #        root   html;
    #        index  index.html index.htm;
    #    }
    #}

    server{
        listen 80;
        server_name localhost;

        location / { 
            proxy_set_header Host $host;  
            proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;  
            proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;  
            proxy_pass http://serverCluster;  
            expires 3d;
        }
    }
    # HTTPS server
    #
    #server {
    #    listen       443 ssl;
    #    server_name  localhost;

    #    ssl_certificate      cert.pem;
    #    ssl_certificate_key  cert.key;

    #    ssl_session_cache    shared:SSL:1m;
    #    ssl_session_timeout  5m;

    #    ssl_ciphers  HIGH:!aNULL:!MD5;
    #    ssl_prefer_server_ciphers  on;

    #    location / {
    #        root   html;
    #        index  index.html index.htm;
    #    }
    #}

}

4、端口调整结束后，重启keepalived，查看keepalived配置是否起作用

出现上图中eth0（我们配置的VRRP通信网卡就是eth0）红色标记中的内容，则表示虚拟IP成功映射真实服务器IP，keepalived配置成功！

5、同上1-4操作对nginx-slave，也就是IP为192.168.182.133的nginx负载均衡器从属进行配置

实验：

此处浏览器演示过程不再介绍，只把结论和演示过程中需要注意的地方进行陈述：

结论：

1、多次访问虚拟IP192.168.182.100，浏览器会轮流展示两台tomcat的页面，说明keepalived将虚拟IP映射到了nginx服务真实IP，并且nginx对请求进行了负载均衡。

2、将nginx-master手动停止nginx服务，几秒过后，再去检查nginx运行状态，会发现，nginx正在运行中，这说明，keepalived的配置中的监控nginx脚本文件成功运行。

3、将nginx-master手动停止keepalived服务，会发现，虚拟IP被转移到nginx-slave服务器，并且和nginx-slave真实IP进行映射，此时，用户继续访问虚拟IP192.168.182.100，并不会感知发生什么变化，但是真实情况是，nginx-master这台机器已经不再工作，担任系统负载均衡的变成了nginx-slave；如果你再把nginx-master的keepalived服务手动开启，则情况会初始化为原先的状态，即：nginx-master继续担任系统负载均衡角色，而nginx-slave则重新闲置，这种情况说明keepalived实现了nginx的高可用（HA）。

注意：

1、在实验测试过程中，有可能因为浏览器缓存的缘故导致结果出乎意料，所以在每次测试前，先清一下缓存

2、请求走向：访问虚拟IP(VIP)，keepalived将请求映射到本地nginx，nginx将请求转发至tomcat，例如：http://192.168.182.100，被映射成http://192.168.182.130，端口是80，而130上nginx的端口正好是80；映射到nginx上后，nginx再进行请求的转发。

3、VIP总会在keepalived服务器中的某一台上，也只会在其中的某一台上；VIP绑定的服务器上的nginx就是master，当VIP所在的服务器宕机了，keepalived会将VIP转移到backup上，并将backup提升为master。

4、VIP也称浮动ip，是公网ip，与域名进行映射，对外提供服务； 其他ip一般而言都是内网ip， 外部是直接访问不了的