(tengine+keepalived)+(apache+tomcat)+memcached+mysql实现高可用、负载均衡、可扩展架构

目录

1、高可用、负载均衡、可扩展架构的需要背景

2、系统架构

3、系统规划及说明

4、系统部署及测试

5、总结

1、高可用、负载均衡、可扩展架构的需要背景

    从互联网诞生以来，网站架构随着互联网的快速发展发生着巨大的变化，现今，数据每天都在以爆炸式的增长，大数据、云计算等概念被业内炒得沸沸扬扬，这些前沿技术也在各行各业落地开花。每一种新技术的提出几乎都会或多或少影响着IT的基础架构，面对数据的快速增长、我们急需一套高可用、负载均衡、可扩展的架构来作为支撑。

2、系统架构

    此次博文介绍一套高可用、负载均衡、可扩展的系统架构方案，此方案能满足多数企业需要，并能随着业务的变化进行系统扩展，并尽量避免单点故障，发架设在此系统上的应用能实现365*7*24服务不中断。架构上对应用进行了拆分，如下的架构图：

第一层：负载均衡层，此层是用户的入口，此处的服务器担任director的角色，它把用户的请求根据其调度算法调度到后端的服务器上，能胜任调度器的开源软件有LVS、Haproxy、Nginx、Tengine等，为了避免单点故障，director需要做高可用，在开源软件有Hertbeat、keepalived等；

第二层：web应用层，这一层是部署具体web应用的，一般常见的web应用有httpd、php、tomcat、nginxt等，这个层次把具有各种不同的运用划分成一个组，这个组能提供相同的web服务，配合第一层就能实现负载均衡和故障隔离的效果；

第三层：数据库层，这里是在提供动态站点时程序与数据库交互数据的地方，在这个层次上一般所用的开源软件有mysql、mariadb、redis、nosql类的数据库等，数据库的设计上也应该考虑到高可用性，负载均衡功能，比如mysql的主从架构，MMM架构，或为了实现读写分离，引入中间件淘宝的amoeba、奇虎360的Atlas；

第四层：分布式文件系统层，这个系统主要是为解决web应用数据共享的，当然数据库层中需要持久化的数据也可以放在分分布式文件系统中，开源软件有MooseFs、MgileFS、GlusterFS、FastDFS、GFS、TFS等。

如果网站随着用户的增多，web应用服务器和数据库服务器的压力越来越大，那就需要考虑加入缓存层，在web应用程序前端可加入缓存web静态数据的缓存层，开源解决方案有squid、varnish、ats等，ats是yahoo向ASF贡献的一个项目；在数据库层的前端也可加入缓存层，用来缓存web应用程序从数据库中查询的数据，可以把查询的sql语句和结果存放在一个缓存中，一般所用的服务是memcached。

3、系统规划及说明

    此次博文不会把涉及系统部署的全部过程都描述，只是把重要的部分进行记录与讲解。

此次测试中所使用的服务器信息整理如下表：

说明：此次用两主机配置成tomcat容器提供jsp程序的运行环境，并且在主机上安装httpd，用反向代理的方式向前端的tengine反向代理提供服务，测试环境中mysql服务器只有规划了一台，在实际生产环境下请用主从架构或MMM等有架构，nod1和nod2主机上还部署了memcached服务，它主要是在为了给tomcat中的session信息作高可用的，此次采用是MSM(Memcached Session Manager)方案实现tomcat中对session的高可用；nod3与nod4利用tengine提供反向代理的功能，keepalived实现tengine的高可用，以避免单点故障。

4、系统部署及测试

    虽说在系统部署上没有严格要求有什么先后顺序，但按照一定的顺序来部署会让工作变得简单有序，这让你对整个项目有了全局观，对项目管理人员来说能更好的协调人员，能更好的掌握控制项目的进度。一般按照以下顺序来部署：

a)、部署分布式文件系统，此次博文不讨论这部分；

b)、数据库系统部署；

c)、应用服务器部署；

d)、director部署；

当然有些是有交集的，但基本要遵循“先后端再前端”的大原则，即先部署后端的服务应用，再去部署前端面的服务和应用。

4.1、分布式文件部署

    这个可以根据自己熟悉的开源系统来部署。MooseFS是一个不错的选择。部署过程此博文不讨论，略。。。。

4.2、数据库及memcached部署

请参照前边的博文进行mysql主从架构的部署，此次使用单一的mysql进行测试。mysql主从架构搭建博文地址：http://zhaochj.blog.51cto.com/368705/1635982

数据库搭建好后，创建一个供测试的数据库，并建立一个用户供测试站点的使用。

memcached直接用yum源中进行安装(nod1与nod2安装方式相同)：

[root@nod1 ~]# yum -y install memcached
[root@nod1 ~]# service memcached start
[root@nod1 ~]# netstat -tnl | grep 11211
tcp        0      0 0.0.0.0:11211               0.0.0.0:*                   LISTEN      
tcp        0      0 :::11211                    :::*                        LISTEN

4.3、apache+tomcat部署

nod0与nod2上tomcat与httpd的部署相同，只是在配置参数上有点不同。

jdk安装配置：

[root@nod0 msm]# pwd
/root/software/msm
[root@nod0 msm]# rpm -ivh jdk-8u45-linux-x64.rpm
[root@nod0 msm]# vim /etc/profile.d/java.sh
JAVA_HOME=/usr/java/jdk1.8.0_45
export PATH=$JAVA_HOME/bin:$PATH
export JAVA_HOME
[root@nod0 msm]# source /etc/profile.d/java.sh
[root@nod0 msm]# java -version
java version "1.8.0_45"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_45-b14)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.45-b02, mixed mode)

tomcat安装配置：

[root@nod0 msm]# tar -xf apache-tomcat-7.0.62.tar.gz -C /usr/local/
[root@nod0 local]# ln -sv apache-tomcat-7.0.62 tomcat
[root@nod0 local]# vim /etc/profile.d/tomcat.sh
CATALINA_HOME=/usr/local/tomcat
export PATH=$CATALINA_HOME/bin:$PATH
export CATALINA_HOME
[root@nod0 local]# source /etc/profile.d/tomcat.sh
[root@nod0 local]# catalina.sh version
Using CATALINA_BASE:   /usr/local/tomcat
Using CATALINA_HOME:   /usr/local/tomcat
Using CATALINA_TMPDIR: /usr/local/tomcat/temp
Using JRE_HOME:        /usr/java/jdk1.8.0_45
Using CLASSPATH:       /usr/local/tomcat/bin/bootstrap.jar:/usr/local/tomcat/bin/tomcat-juli.jar
Server version: Apache Tomcat/7.0.62
Server built:   May 7 2015 17:14:55 UTC
Server number:  7.0.62.0
OS Name:        Linux
OS Version:     2.6.32-358.el6.x86_64
Architecture:   amd64
JVM Version:    1.8.0_45-b14
JVM Vendor:     Oracle Corporation
[root@nod0 msm]# vim /etc/rc.d/init.d/tomcat   #服务脚本
#!/bin/sh
#Description: This shell script manage apache tomcat.
#Author: zhaochj
#Time: 2015-4-21
#Version: 1.0
case $1 in
    'start')
        /usr/local/tomcat/bin/catalina.sh start
        ;;
    'stop')
        /usr/local/tomcat/bin/catalina.sh stop
        ;;
    'restart')
        /usr/local/tomcat/bin/catalina.sh stop
        sleep 3
        /usr/local/tomcat/bin/catalina.sh start
        ;;
    *)
        echo "Usage:`basename $0` {start|stop|restart}"
        exit 1
        ;;
esac
[root@nod0 msm]# chmod +x /etc/rc.d/init.d/tomcat

至此，jdk与tomcat安装完毕。

配置server.xml文件，使其再提供一个元素，这个不是必须，我只是为了保留原始server.conf的配置，通过增加一个元素可以让tomcat以一种协议监听在不同的端口，而tomcat实例又只有一个，在配置文件夹的后增加如下代码：

这个中拥有自己的http连接器，自己的虚拟主机，为了安全可以把默认的连接器注释掉，也可用mod_jk的方式通过ajp13协议与tomcat结合，但我在尝试这样做时，用mod_jk模块能够正常加载，但就是无法发现后端tomcat中的“jvmRoute=jvm200”引擎，所以才用proxy_module中的proxy_http_module的方式与tomcat整合。

配置tomcat，使其成为MSM环境：

根据tomcat的版本去http://code.google.com/p/memcached-session-manager/wiki/SetupAndConfiguration下载相应的jar包，就是下边的这些包

[root@nod0 msm]# ls msm_kryo_serializers/
asm-3.2.jar                memcached-session-manager-1.8.3.jar      msm-kryo-serializer-1.8.3.jar
kryo-1.04.jar              memcached-session-manager-tc7-1.8.3.jar  reflectasm-1.01.jar
kryo-serializers-0.11.jar  minlog-1.2.jar                           spymemcached-2.11.1.jar

把这些jar包全部拷贝到$CATALINA_HOME/lib目录下

[root@nod0 msm]# scp msm_kryo_serializers/* /usr/local/tomcat/lib/

再去编辑$CATALINA_HOME/conf/context.xml文件，使其配置memcached的相应功能(这里是以粘性的session的方式配置)

[root@nod0 msm]# vim /usr/local/tomcat/conf/context.xml

......

    
....

最后把jsp测试程序拷贝到server.xml配置文件中虚拟主机的网站目录“/tomcat/app/mysite”下，这次测试我用的是shopxx这个jsp程序。

一切准备好后就可以记动tomcat进行测试站点的安装了。这里我是把tomcat中该配置的都配置完后再启用的tomcat，其实在真正的实施过程中，你应该每修改一次配置文件你都要一边监控着日志输出，再去启用tomcat服务，看启动的过程中是否有警告、错误的信息，不要等你把配置文件修改得过多，一启动服务报错，而报的错又不是很好定位时，那你就只能慢慢排查了，然而，当我更改了一部份配置文件，只要此修改会改变tomcat的运行属性，那我就去启动一下tomcat，看日志是否有问题，没有问题再去做别的修改，这样即使有问题也比较好排查。

httpd反向代理tomcat部分：

先注释掉中心主机，即在http.conf配置文件中注释掉“DocumentRoot /var/www/html”这一行，再启用一个中心主机配置文件

[root@nod0 msm]# vim /etc/httpd/conf.d/virtual.conf 

    DocumentRoot /tomcat/app/mysite
    ServerName www.test.com
    ProxyVia Off
    ProxyRequests Off
    ProxyPreserveHost On
    ProxyPass / http://127.0.0.1:8081/
    ProxyPa***everse / http://127.0.0.1:8081/

经过上边对tomcat与httpd的配置后，打开浏览器直接访问"http://nod0ipaddress"就可以访问我们部署的网站。

在另外的nod2节点上也按照上边的操作进行配置，只是有几点值得注意，如果是以mod_jk的方式反向代理tomcat，那server.xml中的"jvmRoute="jvm200""这里的值可不能与nod0上配置一样，还有这是nod2上jsp网站程序的安装问题，直接把nod0上的已安装过的站点程序拷贝过来就行了，不要再试着去连接数据进行安装（这样是错误的操作）。

4.4、Tengine+Keepalived部署

    taobao对nginx做了众多的改进，在nginx中有些需要打第三方补丁才能实现的功能，而Tengine自身就自带了，还有在nginx的wiki中明明看到能使用的指令，但你配置后，语法检测是无法通过的，如果检查语法无误后，那这个指令只供商业订阅才支持的，只是在官方wiki中没有说明，老版本的文档中有此说明，不过好在都可以通过一些第三方模块实现相应的功能。而Tengine就不样，没有商业订阅这一说，而且Tengine还引进了更好的内存管理机制，即jemalloc，所以你完全可以选择Tengine来代替nginx。

    要想Tengine支持jemalloc，那先要下载此程序，再编译Tengine时把此程序编译进来即可，下载地址：http://www.canonware.com/download/jemalloc/

[root@nod3 tengine]# pwd
/root/software/tengine
[root@nod3 tengine]# tar -xf jemalloc-3.6.0.tar.bz2 -C /usr/local/   #jemalloc只需要解压出来，不需要安装
[root@nod3 tengine]# yum -y install pcre-devel gd-devel  #先处理依赖关系
[root@nod3 tengine]# tar xf tengine-2.1.0.tar.gz
[root@nod3 tengine]# cd tengine-2.1.0
[root@nod3 tengine-2.1.0]# ./configure --prefix=/usr/local/tengine \ 
--sbin-path=/usr/local/tengine/sbin/nginx \
--conf-path=/etc/tengine/nginx.conf \
--error-log-path=/var/log/tengine/error.log \
--http-log-path=/var/log/tengine/access.log \
--pid-path=/var/run/tengine.pid \
--lock-path=/var/lock/subsys/tengine \
--user=nginx \
--group=nginx \
--with-file-aio \
--with-http_ssl_module \
--with-http_spdy_module \
--with-http_p_w_picpath_filter_module \
--with-http_flv_module \
--with-http_mp4_module \
--with-http_gunzip_module \
--with-http_gzip_static_module \
--with-http_auth_request_module \
--with-http_p_w_picpath_filter_module=shared \
--with-http_sub_module=shared \
--with-http_flv_module=shared \
--with-http_mp4_module=shared \
--with-http_rewrite_module=shared \
--with-http_fastcgi_module=shared \
--http-client-body-temp-path=/var/tmp/tengine/client \
--http-proxy-temp-path=/var/tmp/tengine/proxy \
--http-fastcgi-temp-path=/var/tmp/tengine/fastcgi \
--http-uwsgi-temp-path=/var/tmp/tengine/uwsgi \
--with-pcre \
--dso-path=/usr/local/tengine/dsomodule/dso \
--dso-tool-path=/usr/local/tengine/dsomodule/dsotool \
--with-jemalloc --with-jemalloc=/usr/local/jemalloc-3.6.0
[root@nod3 tengine-2.1.0]# make
[root@nod3 tengine-2.1.0]# make dso_install
[root@nod3 tengine-2.1.0]# make install
[root@nod3 tengine-2.1.0]# mkdir -pv /var/tmp/tengine/{proxy,fastcgi,uwsgi}
[root@nod3 tengine-2.1.0]# /usr/local/tengine/sbin/nginx -v
Tengine version: Tengine/2.1.0 (nginx/1.6.2)

编译配置文件，例其成为反向代理服务器：

[root@nod3 tengine-2.1.0]# vim /etc/tengine/nginx.conf  #配置文件中确保有以下代码
......
http {
.......
    upstream be_server1 { 
        consistent_hash $request_uri; 
        server 192.168.0.200:80 id=1000 weight=1;
        server 192.168.0.202:80 id=1001 weight=1;
        check interval=3000 rise=2 fall=5 timeout=1000 type=http;
        check_http_send "HEAD / HTTP/1.0\r\n\r\n";
        check_keepalive_requests 100;
        check_http_expect_alive http_2xx http_3xx;
        }
    server {
        listen 80;
        servern_ame www.test.com;
        location / {
            proxypass / http://be_server1;
            }
        location /status {
            check_status;
            access_log off;
            allow 192.168.0.0/24;
            deny all;
        }
    }
........
}

注释：tengine在upstream模块中引进了一致性hash算法来实现对上游服务器的负载均衡，nginx好像只有ip hash，least_conn、sticky cookie三种方式。

配置好后就可以启动tengine

[root@nod3 tengine-2.1.0]# /usr/local/tengine/sbin/nginx   #启动tengine
[root@nod3 tengine-2.1.0]# /usr/local/tengine/sbin/nginx -t  #测试配置文件
[root@nod3 tengine-2.1.0]# /usr/local/tengine/sbin/nginx  -s {stop|quit||reopen|reload|}

测试通过访问tengine的IP看能否访问到我们在tomcat上部署的网站，还可以打来tengine的状态页面查看上游服务器的状态，如下：

以同样的方法在nod4上完成部署。

最后来部署keepalived让tengine具有高可用性：

[root@nod3 ~]# yum -y install keepalived  #以yum方式安装
[root@nod3 ~]# rpm -qa keepalived
keepalived-1.2.13-5.el6_6.x86_64
[root@nod3 ~]# vim /etc/keepalived/keepalived.conf

保配置文件中有以下代码，主要是vrrp_instance实例的代码段

! Configuration File for keepalived
global_defs {
   notification_email {
     [email protected]
     [email protected]
     [email protected]
   }
   notification_email_from [email protected]
   smtp_server 127.0.0.1
   smtp_connect_timeout 30
   router_id TENGINE_203
}
 
vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface eth0
    virtual_router_id 123
    priority 180
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.0.111
    }
}

而nod4中的代码段如下：

[root@nod4 keepalived]# vim /etc/keepalived/keepalived.conf
! Configuration File for keepalived
global_defs {
   notification_email {
     [email protected]
     [email protected]
     [email protected]
   }
   notification_email_from [email protected]
   smtp_server 127.0.0.1
   smtp_connect_timeout 30
   router_id TENGINE_204
}
vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    interface eth0
    virtual_router_id 123
    priority 179
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.0.111
    }
}

关于keepalived更详细的配置说明请查看http://zhaochj.blog.51cto.com/368705/1655449

两个节点的keepalived配置好后就启动keepalived服务，虚拟Ip应该是配置在MASTER节点上的，测试时把MASTER节点的keepalived服务关闭，再观察虚拟ip是否会被BACKUP节点抢占。

5、总结

    此套系统部署完后，有以下优点：

a)、用户的接入端面实现了高可用，一个负载均衡器出现故障不会影响业务；

b)、web应用层可根据访问压力伸缩服务器；

c)、数据库层如果压力大了，只要jsp程序支持，可以加memcached缓存缓解mysql的压力，如果多读压力还大时，如果后端服务器的读压力还是大，那就加读写分离的中间件；

d)、分布文件系统也可随着业务的变化而进行扩容、减容。

最后此套系统还差一套报警监控系统，时时监控各服务器的运行状态，一旦有服务器负载过高或发生宕机，可以直接通知管理人员，以便处理故障。

监控可以从以下几个维度来描述：

第一、上班时间可以打开一个监控页面时时查看；

第二、打开邮件客户端，定时刷新以收取报警邮件；

第三、下班后手机24小开机，可以通过短信猫的形式接收报警短信。