Keepalived实现Nginx负载均衡高可用的示例代码

第一章：keepalived介绍

vrrp协议
目的就是为了解决静态路由单点故障问题的

第二章： keepalived工作原理

2.1 作为系统网络服务的高可用功能(failover)

keepalived高可用功能实现的基本原理为:
两台主机同时安装好keepalived软件并启动服务,开始正常工作时
角色为master的主机获得所有资源并对用户提供服务
角色为backup的主机作为master主机的热备;

当角色为master的主机失效或出现故障时
角色为backup的主机将自动接管master主机的所有工作,包括接管vip资源及相应资源服务

而当角色为master的主机故障修复后,又会自动接管回他原来处理的工作
角色为backup的主机则同时释放master主机失效时他接管的工作
此时,两台主机将恢复到启动时各自的原始角色及工作状态

2.2 什么是vrrp
vrrp,全称virtual router redundancy protocol,中文名为虚拟路由冗余协议
 vrrp的出现就是为了解决静态路由的单点故障问题
 vrrp是通过一种竞选机制来将路由的任务交给某台vrrp路由器的.

vrrp通过竞选机制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(默认的多播地址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,:00-00-5e-00-01-{vrid}.
 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master的改变修改自己的路由配置.对它们来说,这种切换是透明的.

在一组虚拟路由器中,只有作为master的vrrp路由器会一直发送vrrp广播包,此时backup不会抢占master
 当master不可用时,backup就收不到来自master的广播包了,此时多台backup中优先级最高的路由器会抢占为master.
 这种抢占是非常快速的(可能只有1秒甚至更少),以保证服务的连续性,处于安全性考虑,vrrp数据包使用了加密协议进行了加密.

2.3 面试的时候怎么说
解答:
keepalived高可用对之间是通过vrrp通信的,因此,我从vrrp开始给您讲起.
1)vrrp,全称virtual router reduancy protocol,中文名为虚拟路由器冗余协议,vrrp的出现是为了解决静态路由的单点故障,
2)vrrp是通过一种竞选协议来将路由任务交给某台vrrp路由器的,
3)vrrp用ip多播的方式,(默认多播地址(224.0.0.18))实现高可用对之间通信.
4)工作时主节点发包,备节点接包,当备节点接收不到主节点发的包的时候,就启动接管程序接管主节点的资源.备节点可以有多个,通过优先级竞选,但一般keepalived系统运维工作中都是一对.
5)vrrp使用了加密协议加密数据,但keepalived官方目前还是推荐用明文的方式配置认证类型和密码.
介绍完了vrrp,接下来我在介绍一下keepalived服务的工作原理;
keepalived高可用对之间是通过vrrp进行通信的,vrrp是通过竞选机制来确定主备的,主的优先级高于备,因此,工作时会优先获得所有的资源,备节点处于等待状态,当主挂了的时候,备节点就会接管主节点的资源,然后顶替主节点对外提供服务.
在keepalived服务对之间,只有作为主的服务器会一直发送vrrp广播包,告诉备他还活着,此时备不会抢占主,当主不可用时,即备监听不到主发送的广播包时,就会启动相关服务接管资源,保证业务的连续性,接管速度最快可以小于一秒

第三章： vrrp协议
vrrp通过竞选机制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
默认的多播地址224.0.0.18

vip前提条件：
1.虚拟公网ip必须是真实可用的
2.虚拟公网ip不能重复
3.组播地址必须是可以通讯的

第四章：keepalived安装配置

1.安装keepalived

yum install keepalived -y

2.配置文件解释

global_defs {  
  router_id lb01  #设置路由id，每个主机不一样
} 

vrrp_instance vi_1 { #设置vrrp组名，同一组组名相同
  state master  #设置角色状态，分为master backup
    interface eth0 #vip绑定的网卡
    virtual_router_id 50 #虚拟路由id，同一组一样
    priority 150 #权重，权重越高，优先级越高
    advert_int 1 #发送组播间隔
    authentication { #设置验证，密码为明文
      auth_type pass 
      auth_pass 1111 
    }
    virtual_ipaddress { #设定的虚拟ip，这个虚拟ip必须是存在且合法且没有被使用的。
      10.0.0.3
    }
}

3.lb01配置

[root@lb01 ~]# cat /etc/keepalived/keepalived.conf 
global_defs {
  router_id lb01
}

vrrp_instance vi_1 {
  state master
    interface eth0
    virtual_router_id 50
    priority 150
    advert_int 1
    authentication {
      auth_type pass
      auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
      10.0.0.3
    }
}

4.lb02配置

[root@lb02 ~]# cat /etc/keepalived/keepalived.conf 
global_defs {
  router_id lb02
}

vrrp_instance vi_1 {
  state backup 
    interface eth0
    virtual_router_id 50
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
      auth_type pass
      auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
      10.0.0.3
    }
}

5.启动

systemctl start keepalived

6.测试
关掉任意一台，观察vip是否会漂移
恢复master观察backup的vip是否会消失

第五章：脑裂现象

1.安装抓包工具

yum install tcpdump -y 

2.lb02抓包查看

tcpdump -nn -i any host 224.0.0.18

3.lb02新开一个终端，然后开启防火墙

systemctl start firewalld.service

4.lb02观察抓包现象
观察是否两边都有vip

5.添加放行规则

firewall-cmd --direct --permanent --add-rule ipv4 filter input 0 --in-interface eth0 --destination 224.0.0.18 --protocol vrrp -j accept
firewall-cmd --direct --permanent --add-rule ipv4 filter input 0 --in-interface eth1 --destination 224.0.0.18 --protocol vrrp -j accept
systemctl reload firewalld

6.lb02观察抓包现象
观察是否两边都有vip

第六章：keepalived双主实验
1.lb01配置文件

[root@lb01 ~]# cat /etc/keepalived/keepalived.conf 
global_defs {
  router_id lb01
}

vrrp_instance vi_1 {
  state master
    interface eth0
    virtual_router_id 50
    priority 150
    advert_int 1
    authentication {
      auth_type pass
      auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
      10.0.0.3
    }
}

vrrp_instance vi_2 {
  state backup 
    interface eth0
    virtual_router_id 51
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
      auth_type pass
      auth_pass 2222 
    }
    virtual_ipaddress {
      10.0.0.4
    }
}

2.lb02配置文件

[root@lb02 ~]# cat /etc/keepalived/keepalived.conf 
global_defs {
  router_id lb02
}

vrrp_instance vi_1 {
  state backup 
    interface eth0
    virtual_router_id 50
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
      auth_type pass
      auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
      10.0.0.3
    }
}

vrrp_instance vi_2 {
  state master 
    interface eth0
    virtual_router_id 51
    priority 150
    advert_int 1
    authentication {
      auth_type pass
      auth_pass 2222 
    }
    virtual_ipaddress {
      10.0.0.4
    }
}

3.重启keepalived并观察现象

systemctl restart keepalived

第七章：keepalived结合nginx反向代理负载均衡
lb服务器的nginx配置：
注意！两台lb服务器的nginx配置一模一样

1.备份原有配置

mkdir /backup
cd /etc/nginx/conf.d
mv * /backup 

2.编写nginx配置文件

[root@lb01 /etc/nginx/conf.d]# cat proxy.conf 
upstream web_pools {
  server 172.16.1.7;
  server 172.16.1.8;
}

server {
  listen 80;
  server_name (www|bbs).mysun.com ;
  location / {
   proxy_pass http://web_pools;
   include proxy_params;
  }
}

3.测试并重启nginx

nginx -t
systemctl restart nginx 

lb服务器的keepalived配置：

1.lb01的keepalived配置

[root@lb01 ~]# cat /etc/keepalived/keepalived.conf 
global_defs {
  router_id lb01
}

vrrp_instance vi_1 {
  state master
    interface eth0
    virtual_router_id 50
    priority 150
    advert_int 1
    authentication {
      auth_type pass
      auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
      10.0.0.3
    }
}

2.lb02的keepalived配置

[root@lb02 ~]# cat /etc/keepalived/keepalived.conf 
global_defs {
  router_id lb02
}

vrrp_instance vi_1 {
  state backup 
    interface eth0
    virtual_router_id 50
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
      auth_type pass
      auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
      10.0.0.3
    }
}

web服务器配置：

注意！两台web服务器配置一模一样

1.nginx配置

[root@web01 ~]# cat /etc/nginx/conf.d/www.conf 
server {
 listen 80;
 server_name www.mysun.com;
 location / {
   root /code;
   index www.html;
 }
}

2.写入测试文件

echo "$(hostname)" >/code/index.html 

第八章： 防裂脑脚本

1.问题现象：
1.nginx挂了，但是keep还活着
2.两边都有vip

2.思路：
解决nginx挂了问题：
1.编写一个脚本

• 启动nginx
• 如果启动2次都失败了，停掉自己的keepalived

2.keepalived定时去调用这个脚本

3.实现：

1.命令如何实现

systemctl start nginx

2.检查nginx进程

[root@lb01 ~]# ps -ef|grep nginx|grep -v "grep"
root    1210   1 0 11:21 ?    00:00:00 nginx: master process /usr/sbin/nginx -c /etc/nginx/nginx.conf
nginx   1211  1210 0 11:21 ?    00:00:00 nginx: worker process
[root@lb01 ~]# ps -ef|grep nginx|grep -v "grep"|wc -l
2
[root@lb01 ~]# ps -ef|grep nginx|grep -v "grep"|wc -l
0

脚本内容：

[root@lb01 ~]# cat check_web.sh 
!/bin/bash

nginx_status=$(ps -c nginx --no-header|wc -l)

if [[ ${nginx_status} == 0 ]]
then
  systemctl start nginx &> /dev/null 
  sleep 1
  nginx_status=$(ps -c nginx --no-header|wc -l)
  if [[ ${nginx_status} == 0 ]]
  then
    systemctl stop keepalived 
  fi
fi

keepalived调用脚本：

[root@lb01 ~]# cat /etc/keepalived/keepalived.conf 
global_defs {
  router_id lb01
}

vrrp_script check_web {
  script "/server/scripts/check_web.sh"
  interval 5
  weight 50
}

vrrp_instance vi_1 {
  state master
    interface eth0
    virtual_router_id 50
    priority 150
    advert_int 1
    authentication {
      auth_type pass
      auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
      10.0.0.3
    }

  track_script {
    check_web
  }

}

4.第二个问题：脑裂问题
两边都有vip

现象：
2边都有vip
2边nginx都活着

对面的master的nginx还活着

curl -i -s -w "%{http_code}\n" -o /dev/null 10.0.0.5

但是我又有了vip

ip a |grep "10.0.0.3"|wc -l

我就把自己干掉

systemctl stop nginx 
systemctl stop keepalived 

脚本内容：

[root@lb02 /server/scripts]# cat check_vip.sh 

#!/bin/bash

master_status=$(curl -i -s -w "%{http_code}\n" -o /dev/null 10.0.0.5)

my_vip=$(ip a |grep "10.0.0.3"|wc -l)

if [ ${master_status} == 200 -a ${my_vip} == 1 ]
then
  systemctl stop nginx 
  systemctl stop keepalived 
fi

keepalived配置：

[root@lb02 ~]# cat /etc/keepalived/keepalived.conf 
global_defs {
  router_id lb02
}

vrrp_script check_web {
  script "/server/scripts/check_web.sh"
  interval 5
  weight 50
}

vrrp_script check_vip {
  script "/server/scripts/check_vip.sh"
  interval 5
  weight 50
}

vrrp_instance vi_1 {
  state backup 
    interface eth0
    virtual_router_id 50
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
      auth_type pass
      auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
      10.0.0.3
    }
  track_script {
    check_web
    check_vip
  }
}

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