Nginx 高可用负载均衡(三种模式)

一、nginx普通集群负载均衡

1、安装keepalived

(1)下载

https://www.keepalived.org/download.html

(2)解压

tar -zxvf keepalived-2.0.18.tar.gz

(3)使用configure命令配置安装目录与核心配置文件所在位置：

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

• prefix ：keepalived安装的位置sysconf：keepalived核心配置文件所在位置，固定位置，改成其他位置则keepalived启动不了，/var/log/messages中会报错

• sysconf ：keepalived核心配置文件所在位置，固定位置，改成其他位置则keepalived启动不了，/var/log/messages中会报错

配置过程中可能会出现警告信息，如下所示：

*** WARNING - this build will not support IPVS with IPv6. Please install libnl/libnl-3 dev libraries to support IPv6 with IPVS.

# 安装libnl/libnl-3依赖
yum -y install libnl libnl-devel  

(4)安装keepalived

make && make install

(5)配置文件 在/etc/keepalived/keepalived.conf

(6)忘记安装配置的目录，则通过如下命令找到：

whereis keepalived

(7)启动keepalived

进入sbin目录

./keepalived

2、配置keepalived 主机

(1)通过命令 vim keepalived.conf 打开配置文件

global_defs { 
    # 路由id：当前安装keepalived的节点主机标识符，保证全局唯一 
    router_id keep_171 
} 

vrrp_instance VI_1 { 
    # 表示状态是MASTER主机还是备用机BACKUP 
    state MASTER 
    # 该实例绑定的网卡 
    interface ens33 
    # 保证主备节点一致即可 
    virtual_router_id 51 
    # 权重，master权重一般高于backup，如果有多个，那就是选举，谁的权重高，谁就当选 
    priority 100 
    # 主备之间同步检查时间间隔，单位秒 
    advert_int 2 
    # 认证权限密码，防止非法节点进入 
    authentication { 
        auth_type PASS 
        auth_pass 1111 
    } 
    # 虚拟出来的ip，可以有多个（vip） 
    virtual_ipaddress { 
        192.168.1.161 
    }
}

附：查看网卡信息命令

ip addr

(2)启动keepalived

(3)查看进程

ps -ef|grep keepalived

(4)查看vip(虚拟ip)

在网卡ens33下，多了一个192.168.1.161，这个就是虚拟ip

3、把keepalived注册为系统服务

(1)拷贝配置文件

• 将keepalived目录下etc/init.d/keepalived拷贝到/etc/init.d/下

• 将keepalived目录下etc/sysconfig/keepalived拷贝到/etc/sysconfig/下

(2)刷新systemctl

systemctl daemon-reload

(3)启动、停止、重启keepalived

#启动
systemctl start keepalived.service
#停止
systemctl stop keepalived.service
#重启
systemctl restart keepalived.service

4、实现双机主备高可用

​

(1)修改备机配置

global_defs { 
    router_id keep_172 
} 
vrrp_instance VI_1 { 
    # 备用机设置为BACKUP 
    state BACKUP 
    interface ens33 
    virtual_router_id 51 
    # 权重低于MASTER 
    priority 80 
    advert_int 2 
    authentication { 
        auth_type PASS auth_pass 1111 
    }
    virtual_ipaddress {
        # 注意：主备两台的vip都是一样的，绑定到同一个vip 
        192.168.1.161 
    } 
}

(2) 启动 Keepalived

(3) 访问vip即可访问主机，当主机失效时访问vip就会访问到备机

5、keepalived配置nginx自动重启

(1)编写脚本

在/etc/keepalived/下创建脚本check_nginx_alive_or_not

#!/bin/bash 

A=`ps -C nginx --no-header |wc -l` 
# 判断nginx是否宕机，如果宕机了，尝试重启 
if [ $A -eq 0 ];then 
    /usr/local/nginx/sbin/nginx 
    # 等待一小会再次检查nginx，如果没有启动成功，则停止keepalived，使其启动备用机 
    sleep 3 
        if [ `ps -C nginx --no-header |wc -l` -eq 0 ];then 
            killall keepalived 
        fi 
fi

(2)添加运行权限

chmod +x /etc/keepalived/check_nginx_alive_or_not.sh

(3)配置keepalived监听nginx脚本

vrrp_script check_nginx_alive { 
    script "/etc/keepalived/check_nginx_alive_or_not.sh" 
    interval 2 # 每隔两秒运行上一行脚本 
    weight 10 # 如果脚本运行失败，则升级权重+10 
}

(4)在vrrp_instance中新增监控的脚本

track_script { 
    check_nginx_alive # 追踪 nginx 脚本
}

(5)重启Keepalived使得配置文件生效

systemctl restart keepalived

6、keepalived双主热备

(1)配置DNS轮询

在同一个域名下配置两个ip，自行百度

(2)配置第一台主机

global_defs {
    router_id keep_171 
} 
vrrp_instance VI_1 { 
    state MASTER i
    nterface ens33 
    virtual_router_id 51 
    priority 100 
    advert_int 1 
    authentication { 
        auth_type PASS 
        auth_pass 1111 
    } 
    virtual_ipaddress { 
        192.168.1.161 
    } 
} 

vrrp_instance VI_2  {
    state BACKUP 
    interface ens33 
    virtual_router_id 52 
    priority 80 
    advert_int 1 
    authentication { 
        auth_type PASS 
        auth_pass 1111 
    } 
    virtual_ipaddress { 
        192.168.1.162 
    }
}

(3)配置第二台主机

global_defs {
    router_id keep_172 
} 
vrrp_instance VI_1 { 
    state BACKUP 
    interface ens33 
    virtual_router_id 51 
    priority 80 
    advert_int 1 
    authentication { 
        auth_type PASS 
        auth_pass 1111 
    } 
    virtual_ipaddress { 
        192.168.1.161
    }
} 

vrrp_instance VI_2 {
    state MASTER 
    interface ens33 
    virtual_router_id 52 
    priority 100 
    advert_int 1 
    authentication { 
        auth_type PASS 
        auth_pass 1111 
    } 
    virtual_ipaddress { 
        192.168.1.162 
    }
}

(4)重启两台Keepalived

systemctl restart keepalived

二、LVS（Linux Virtual Server）实现高可用负载均衡 

1、为什么要使用LVS+Nginx

• lvs基于四层负载均衡，工作效率较Nginx的七层负载更高，使用LVS搭建Nginx集群，可以提高性能

• 四层负载均衡无法对信息处理，只能通过ip+端口的形式转发，所以需要七成负载进行数据的处理

• Nginx接收请求来回，LVS可以只接受不响应

2、LVS的三种模式

(1)NAT模式

• 客户端将请求发往LVS，LVS会选择一台服务器响应请求，服务器将结果返回给LVS，LVS再返回给客户端。

• 在NAT模式中，服务器的网关必须指向LVS，否则报文无法送达客户端

• NAT 技术将请求的报文和响应的报文都需要通过LVS进行地址改写，因此网站访问量比较大的时候负载均衡调度器有比较大的瓶颈，一般要求最多之能 10-20 台节点

• NAT 模式支持对 IP 地址和端口进行转换。即用户请求的端口和真实服务器的端口可以不一致

(2)TUN模式

• 客户端将请求发往LVS，LVS会选择一台服务器响应请求，在客户端与服务器之间建立隧道，返回结果的时候直接由服务器返回响应，不在经过LVS。

• TUN模式必须所有的服务器上都绑定VIP的IP地址，所有的服务器都必须有网卡。

• TUN模式走隧道运维难度大，并且会直接暴露服务器地址

• 服务器将应答包直接发给用户。所以，减少了负载均衡器的大量数据流动，负载均衡器不再是系统的瓶颈，就能处理很巨大的请求量，这种方式，一台负载均衡器能够为很多服务器进行分发。而且跑在公网上就能进行不同地域的分发

(3)DR模式

• 客户端将请求发往LVS，LVS会选择一台服务器响应请求，返回结果的时候通过统一的路由进行返回，不在经过LVS。

• 和TUN模式一样，LVS只是分发请求，应答包通过单独的路由返回给客户端，与TUN相比这种方式不需要隧道结构，可以兼容大多数的操作系统，同时统一路由可以隐藏真实的物理服务器。DR模式效率更高，但配置更复杂.

• 所有服务器节点和LVS只能在一个局域网里面。

3、搭建LVS-DR模式

先关闭掉服务器上网络配置管理器，避免网络接口冲突

systemctl stop NetworkManagersystemctl disable NetworkManager

(1)创建子接口（创建LVS的虚拟ip）

进入网卡配置目录/etc/sysconfig/network-scripts/,找到网卡配置文件，这里以ifcfg-ens33为例，拷贝并创建子接口

cp ifcfg-ens33 ifcfg-ens33:1

修改子接口配置如下

• 配置中的 192.168.1.150 就是vip，是提供给外网用户访问的ip地址

DEVICE="ens33:1"ONBOOT="yes"IPADDR=192.168.1.150NETMASK=255.255.255.0BOOTPROTO=static

• 重启网络服务

service network restart

重启成功后，ip addr 查看一下，你会发现多了一个ip，也就是虚拟ip（vip）

注意：阿里云不支持配置网卡，需要购买相应的负载均衡服务，腾讯云支持配置网卡，但需要购买网卡支持，一个网卡支持10个虚拟ip配置

(2)安装ipvsadm

如今的centos都集成了LVS，所以ipvs是自带的，我们只需要安装ipvsadm即可（ipvsadm是管理集群的工具，通过ipvs可以管理集群，查看集群等操作）

yum install ipvsadm

(3)配置服务器（RS）的虚拟ip

进入网卡配置目录/etc/sysconfig/network-scripts/,找到ifcfg-lo，拷贝并创建子接口

cp ifcfg-lo ifcfg-lo:1

修改子接口配置如下

DEVICE="lo:1"
IPADDR=192.168.1.150
NETMASK=255.255.255.255
NETWORK=127.0.0.0
BROADCAST=127.255.255.255
ONBOOT="yes"
NAME=loopback

重启网络服务成功后，ip addr 查看一下，你会发现多了一个ip，也就是虚拟ip（vip）

(4)为服务器（RS）配置arp

ARP响应级别与通告行为参数说明

arp-ignore：ARP响应级别（处理请求）
    0：只要本机配置了ip，就能响应请求
    1：请求的目标地址到达对应的网络接口，才会响应请求
arp-announce：ARP通告行为（返回响应）
    0：本机上任何网络接口都向外通告，所有的网卡都能接受到通告
    1：尽可能避免本网卡与不匹配的目标进行通告2：只在本网卡通告

打开sysctl.conf:

vim /etc/sysctl.conf

配置所有网卡、默认网卡以及虚拟网卡的arp响应级别和通告行为，分别对应：all，default，lo

# configration for lvs 
net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1 
net.ipv4.conf.default.arp_ignore = 1 
net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1 

net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2 
net.ipv4.conf.default.arp_announce = 2 
net.ipv4.conf.lo.arp_announce = 2

刷新配置文件

sysctl -p

增加一个网关，用于接收数据报文，当有请求到本机后，会交给lo去处理

route add -host 192.168.1.150 dev lo:1

将网关添加至开机启动

echo "route add -host 192.168.1.150 dev lo:1" >> /etc/rc.local

(4)使用ipvsadm配置集群规则

创建LVS节点，用户访问的集群调度者

ipvsadm -A -t 192.168.1.150:80 -s rr -p 5

• -A：添加集群

• -t：tcp协议ip地址：设定集群的访问

• ip：也就是LVS的虚拟ip

• -s：设置负载均衡的算法，

• rr：表示轮询

• -p：设置连接持久化的时间,在指定时间内同一个用户的请求会访问到同一个服务器中

创建多台RS真实服务器

ipvsadm -a -t 192.168.1.150:80 -r 192.168.1.171:80 -g 
ipvsadm -a -t 192.168.1.150:80 -r 192.168.1.172:80 -g

• -a：添加真实服务器

• -t：tcp协议

• -r：真实服务器的ip地址

• -g：设定DR模式

保存到规则库，否则重启失效

ipvsadm -S

检查集群

#查看集群列表
ipvsadm -Ln
#查看集群状态
ipvsadm -Ln --stats

一些其他命令

 # 重启ipvsadm，重启后需要重新配置 
 service ipvsadm restart 
 # 查看持久化连接 
 ipvsadm -Ln --persistent-conn 
 # 查看连接请求过期时间以及请求源ip和目标ip 
 ipvsadm -Lnc 
 # 设置tcp tcpfin udp 的过期时间（一般保持默认） 
 ipvsadm --set 1 1 1 
 # 查看过期时间 
 ipvsadm -Ln --timeout

(5)访问虚拟ip，完成LVS搭建

附：LVS的负载均衡算法

(1)静态算法

静态：根据LVS本身自由的固定的算法分发用户请求。

• 轮询（Round Robin 简写’rr’）：轮询算法假设所有的服务器处理请求的能力都一样的，调度器会把所有的请求平均分配给每个真实服务器。（同Nginx的轮询）

• 加权轮询（Weight Round Robin 简写’wrr’）：安装权重比例分配用户请求。权重越高，被分配到处理的请求越多。（同Nginx的权重）

• 源地址散列（Source Hash 简写’sh’）：同一个用户ip的请求，会由同一个RS来处理。（同Nginx的ip_hash）

• 目标地址散列（Destination Hash 简写’dh’）：根据url的不同，请求到不同的RS。（同Nginx的url_hash）

(2)动态算法

动态：会根据流量的不同，或者服务器的压力不同来分配用户请求，这是动态计算的。

• 最小连接数（Least Connections 简写’lc’）：把新的连接请求分配到当前连接数最小的服务器。

• 加权最少连接数（Weight Least Connections 简写’wlc’）：服务器的处理性能用数值来代表，权重越大处理的请求越多。Real Server 有可能会存在性能上的差异，wlc动态获取不同服务器的负载状况，把请求分发到性能好并且比较空闲的服务器。

• 最短期望延迟（Shortest Expected Delay 简写’sed’）：特殊的wlc算法。举例阐述，假设有ABC三台服务器，权重分别为1、2、3 。如果使用wlc算法的话，当一个新请求进来，它可能会分给ABC中的任意一个。使用sed算法后会进行如下运算：

• • A：（1+1）/1=2

• B：（1+2）/2=3/2

• C：（1+3）/3=4/3

最终结果，会把这个请求交给得出运算结果最小的服务器。最少队列调度（Never Queue 简写’nq’）：永不使用队列。如果有Real Server的连接数等于0，则直接把这个请求分配过去，不需要在排队等待运算了（sed运算）。

三、搭建Keepalived+Lvs+Nginx高可用集群负载均衡

如果原先服务器上配置了LVS+nginx需要清空ipvsadm中的配置

ipvsadm -C

如果配置了Keepalived+Nginx双主集群也需要去除掉Keepalived中原先的配置，按照的后文进行配置

(1)使用keepalived配置Master LVS

在LVS的机器上安装keepalived，安装过程参考上文

(1)修改keepalived的配置

global_defs {
    router_id keep_151 
} 
vrrp_instance VI_1 { 
    state MASTER 
    interface ens33 
    virtual_router_id 41 
    priority 100 
    advert_int 1 
    authentication { 
        auth_type PASS 
        auth_pass 1111 
    } 
    virtual_ipaddress { 
        192.168.1.150
    }
} 

#配置集群访问的ip+端口，端口和nginx保持一致
virtual_server 192.168.1.150 80{
    #健康检查的时间，单位：秒
    delay_loop 6
    #配置负载均衡的算法，默认的轮询
    lb_algo rr
    #设置LVS的模式 NAT|TUN|DR
    lb-kind DR
    #设置会话持久化的时间
    persistence_timeout 5
    #协议
    protocol TCP
    
    #配置负载均衡的真实服务器，也就是nginx节点的具体的ip地址
    real_server 192.168.1.171 80{
        #轮询权重配比
        weight 1
        #设置健康检查
        TCP_CHECK {
            #检查80端口
            connect_port 80
            #超时时间
            connect_timeout 2
            #重试次数
            nb_get_retry 2
            #重试间隔时间
            delay_before_retry 3
        }
    }
    real_server 192.168.1.171 80{
        weight 1
        TCP_CHECK {
            connect_port 80
            connect_timeout 2
            nb_get_retry 2
            delay_before_retry 3
        }
    }
}

(2)启动/重启keepalived

systemctl restart keepalived

配置在备用机上

global_defs {
    router_id keep_152 
} 
vrrp_instance VI_1 { 
    state  BACKUP
    interface ens33 
    virtual_router_id 41 
    priority 50 
    advert_int 1 
    authentication { 
        auth_type PASS 
        auth_pass 1111 
    } 
    virtual_ipaddress { 
        192.168.1.150
    }
} 

#配置集群访问的ip+端口，端口和nginx保持一致
virtual_server 192.168.1.150 80{
    #健康检查的时间，单位：秒
    delay_loop 6
    #配置负载均衡的算法，默认的轮询
    lb_algo rr
    #设置LVS的模式 NAT|TUN|DR
    lb-kind DR
    #设置会话持久化的时间
    persistence_timeout 5
    #协议
    protocol TCP
    
    #配置负载均衡的真实服务器，也就是nginx节点的具体的ip地址
    real_server 192.168.1.171 80{
        #轮询权重配比
        weight 1
        #设置健康检查
        TCP_CHECK {
            #检查80端口
            connect_port 80
            #超时时间
            connect_timeout 2
            #重试次数
            nb_get_retry 2
            #重试间隔时间
            delay_before_retry 3
        }
    }
    real_server 192.168.1.171 80{
        weight 1
        TCP_CHECK {
            connect_port 80
            connect_timeout 2
            nb_get_retry 2
            delay_before_retry 3
        }
    }
}