keepalived + nginx 主从模式实现高可用

1 Keepalived简单介绍

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安装

我的环境是CentOS 7，直接通过yum方式安装最简单：

[root@localhost ~]# yum install -y keepalived

[root@localhost ~]# keepalived -v
Keepalived v1.3.5 (03/19,2017), git commit v1.3.5-6-g6fa32f2

3 nginx监控脚本

该脚本检测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。

/etc/keepalived/check_nginx.sh ：

#!/bin/bash
if [ $(ps -C nginx --no-header | wc -l) -eq 0 ]; then
   systemctl start nginx.service
   sleep 2
    if [ $(ps -C nginx --no-header | wc -l) -eq 0 ]; then
        /etc/init.d/keepalived stop
    fi
fi

4 keepalived.conf配置

! Configuration File for keepalived
global_defs {
    notification_email {
        [email protected]
        [email protected]
    }
    notification_email_from [email protected]
    smtp_server mail.example.com
    smtp_connect_timeout 30
    router_id LVS_DEVEL
}

vrrp_script chk_nginx {
#    script "killall -0 nginx"
    script "/etc/keepalived/check_nginx.sh" 
    interval 2 
    weight -5 
    fall 3  
    rise 2 
}

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface eth0
    mcast_src_ip 172.29.88.224
    virtual_router_id 51
    priority 101
    advert_int 2
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    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。

5 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。