Nginx 学习（十）高可用中间件的配置与实现

一  Keepalived热备

1  概述

• 调度器出现单点故障，如何解决?
• Keepalived实现了高可用集群
• Keepalived最初是为LVS设计的，专门监控各服务器节点的状态
• Keepalived后来加入了VRRP功能，防止单点故障

2  运行原理

Keepalived检测每个服务器节点状态，当服务器节点异常或工作出现故障， Keepalived将故障节点从集群系统中剔除，故障节点恢复后，Keepalived再将其加入到集群系统中所有工作自动完成，无需人工千预

3  配高可用的web拓扑

使用keepalived为主从设备提供VIP地址漂移

二  案列1：使用Keepalived实现web服务器的高可用

• Web服务器IP地址分别为192.168.88.100和192.168.88.200
• Web服务器的VIP地址为192.168.88.80
• 客户端通过访问VIP地址访问Web页面

1  环境说明

• web1：eth0->192.168.88.100/24
• web2：eth0->192.168.88.200/24

2  配置keepalived

# 在两台web服务器上安装keepalived
[root@pubserver cluster]# vim 07-install-keepalived.yml
---
- name: install keepalivedhosts: webserverstasks:- name: install keepalived   # 安装keepalivedyum:name: keepalivedstate: present
[root@pubserver cluster]# ansible-playbook 07-install-keepalived.yml# 修改配置文件
[root@web1 ~]# vim /etc/keepalived/keepalived.conf 12    router_id web1    # 设置本机在集群中的唯一识别符13    vrrp_iptables     # 自动配置iptables放行规则... ...20 vrrp_instance VI_1 {21     state MASTER           # 状态，主为MASTER，备为BACKUP22     interface eth0         # 网卡23     virtual_router_id 51   # 虚拟路由器地址24     priority 100           # 优先级25     advert_int 1           # 发送心跳消息的间隔26     authentication {27         auth_type PASS     # 认证类型为共享密码28         auth_pass 1111     # 集群中的机器密码相同，才能成为集群29     }   30     virtual_ipaddress {31         192.168.88.80/24    # VIP地址32     }   33 }
# 删除下面所有行[root@web1 ~]# systemctl start keepalived
# 等几秒服务完全启动后，可以查看到vip
[root@web1 ~]# ip a s eth0 | grep '88'inet 192.168.88.100/24 brd 192.168.88.255 scope global noprefixroute eth0inet 192.168.88.80/24 scope global secondary eth0# 配置web2
[root@web1 ~]# scp /etc/keepalived/keepalived.conf 192.168.88.200:/etc/keepalived/
[root@web2 ~]# vim /etc/keepalived/keepalived.conf 12    router_id web2          # 改id13    vrrp_iptables... ... 20 vrrp_instance VI_1 {21     state BACKUP           # 改状态22     interface eth023     virtual_router_id 5124     priority 80            # 改优先级25     advert_int 126     authentication {27         auth_type PASS28         auth_pass 111129     }30     virtual_ipaddress {31         192.168.88.80/2432     }33 }# 启动服务
[root@web2 ~]# systemctl start keepalived
# 查看地址，eth0不会出现vip
[root@web2 ~]# ip a s | grep '88'inet 192.168.88.200/24 brd 192.168.88.255 scope global noprefixroute eth0# 测试，现在访问88.80，看到是web1上的内容
[root@client1 ~]# curl http://192.168.88.80
Welcome from web1# 模拟web1出现故障
[root@web1 ~]# systemctl stop keepalived.service # 测试，现在访问88.80，看到是web2上的内容
[root@client1 ~]# curl http://192.168.88.80
Welcome from web2# 在web2上查看vip，可以查看到vip 192.168.88.80
[root@web2 ~]# ip a s | grep '88'inet 192.168.88.200/24 brd 192.168.88.255 scope global noprefixroute eth0inet 192.168.88.80/24 scope global secondary eth0

三  案例2：配置track_script脚本

通过track script脚本控制监视MASTER服务器的80端口，实现主备切换

• 创建/etc/keepalived/check_http.sh脚本
• 该脚本检查本机是否监听在80端口
• 如果正在监听端口，退出码设置为0，否则为1
• 修改KeepAlived配置，利用创建的脚本决定是否要切换VIP到BACKUP节点

1  跟踪脚本

• KeepAlived默认只提供一个VIP，对运行的服务无感知
• track_script用于检查一个脚本的返回值，如果返回值为0，则认为当前主机处于正常状态，如果返回值为1，则认为当前主机处于异常状态，需要将VIP地址切换到另一台备用机器上
• track_script来检测应用程序或服务是否正常，可以增加VIP地址更准确、可靠的自动切换功能，提高系统的可用性和可靠性

2  实现原理

• 配置高可用的web集群时，Keepalived只为服务器提供了VIP
• Keepalived不知道服务器上运行了哪些服务
• MASTER服务器可以通过跟踪脚本监视本机的80端口，一旦本机80端口失效，则将VIP切换至BACKUP服务器
• Keepalived对脚本的要求是，退出码为0表示访问成功；退出码为1表示失败。

3  实施

# 1. 在MASTER上创建监视脚本
[root@web1 ~]# vim /etc/keepalived/check_http.sh
#!/bin/bashss -tlnp | grep :80 &> /dev/null && exit 0 || exit 1[root@web1 ~]# chmod +x /etc/keepalived/check_http.sh# 2. 修改MASTER配置文件，使用脚本
[root@web1 ~]# vim /etc/keepalived/keepalived.conf 1 ! Configuration File for keepalived2 3 global_defs {
...略...18 }19 20 vrrp_script chk_http_port {  # 定义监视脚本21     script "/etc/keepalived/check_http.sh"22     interval 2   # 脚本每隔2秒运行一次23 }2425 vrrp_instance VI_1 {26     state MASTER27     interface eth028     virtual_router_id 5129     priority 10030     advert_int 131     authentication {32         auth_type PASS33         auth_pass 111134     }35     virtual_ipaddress {36         192.168.88.80/2437     }38     track_script {    # 引用脚本39         chk_http_port40     }41 }# 3. 重起服务
[root@web1 ~]# systemctl restart keepalived.service # 4. 测试，关闭web1的nginx后，VIP将会切换至web2
[root@web1 ~]# systemctl stop nginx.service 
[root@web1 ~]# ip a s | grep 88inet 192.168.88.100/24 brd 192.168.88.255 scope global noprefixroute eth0
[root@web2 ~]# ip a s | grep 88inet 192.168.88.200/24 brd 192.168.88.255 scope global noprefixroute eth0inet 192.168.88.80/24 scope global secondary eth0
# 5. 当MASTER的nginx修复后，VIP将会切换回至web1
[root@web1 ~]# systemctl start nginx.service 
[root@web1 ~]# ip a s | grep 88inet 192.168.88.100/24 brd 192.168.88.255 scope global noprefixroute eth0inet 192.168.88.80/24 scope global secondary eth0
[root@web2 ~]# ip a s | grep 88inet 192.168.88.200/24 brd 192.168.88.255 scope global noprefixroute eth0

四   案列3：Keepalived + LVS服务器

• 准备5台服务器，两台用于Real ServerI，两台用于搭建高可用、负载平衡集群，一台作为路由器
• 在RealServer上配置VIP并调整内核参数
• 两台调度器节点均安装Keepalived和LVS
• 通过Keepalived配置DR模式的LVS

1  项目拓扑图

• 使用Keepalived高可用解决调度器单点失败问题
• 主、备调度器上配置LVS
• 主调度器异常时，Keepalived启用备用调度器调度器

• 

2  环境准备

环境说明：LVS-DR模式 

client1	eth0->192.168.88.10
lvs1	eth0->192.168.88.5
lvs2	eth0->192.168.88.6
web1	eth0->192.168.88.100
web2	eth0->192.168.88.200

# 关闭2台web服务器上的keepalived，并卸载
[root@pubserver cluster]# vim 08-rm-keepalived.yml
---
- name: remove keepalivedhosts: webserverstasks:- name: stop keepalived       # 停服务service:name: keepalivedstate: stopped- name: uninstall keepalived   # 卸载yum:name: keepalivedstate: absent
[root@pubserver cluster]# ansible-playbook 08-rm-keepalived.yml# 创建新虚拟机lvs2
[root@myhost ~]# vm clone lvs2# 为lvs2设置ip地址
[root@myhost ~]# vm setip lvs2 192.168.88.6# 连接
[root@myhost ~]# ssh 192.168.88.6

• 配置高可用、负载均衡

1. 在2台web服务器的lo上配置vip
2. 在2台web服务器上配置内核参数
3. 删除lvs1上的eth0上的VIP地址。因为vip将由keepalived接管

[root@pubserver cluster]# vim 09-del-lvs1-vip.yml
---
- name: del lvs1 viphosts: lvs1tasks:- name: rm viplineinfile:            # 在指定文件中删除行path: /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0regexp: 'IPADDR2='   # 正则匹配state: absentnotify: restart systemhandlers:- name: restart systemshell: reboot
[root@pubserver cluster]# ansible-playbook 09-del-lvs1-vip.yml# 查看结果
[root@lvs1 ~]# ip a s eth0 | grep 88inet 192.168.88.5/24 brd 192.168.88.255 scope global noprefixroute eth0

• 删除lvs1上的lvs规则。因为lvs规则将由keepalived创建

[root@lvs1 ~]# ipvsadm -Ln   # 查看规则
[root@lvs1 ~]# ipvsadm -D -t 192.168.88.15:80

• 在lvs上配置keepalived

# 在主机清单文件中加入lvs2的说明
[root@pubserver cluster]# vim inventory
...略...
[lb]
lvs1 ansible_host=192.168.88.5
lvs2 ansible_host=192.168.88.6
...略...# 安装软件包
[root@pubserver cluster]# cp 01-upload-repo.yml 10-upload-repo.yml
---
- name: config repos.dhosts: lbtasks:- name: delete repos.dfile:path: /etc/yum.repos.dstate: absent- name: create repos.dfile:path: /etc/yum.repos.dstate: directorymode: '0755'- name: upload local88copy:src: files/local88.repodest: /etc/yum.repos.d/
[root@pubserver cluster]# ansible-playbook 10-upload-repo.yml [root@pubserver cluster]# vim 11-install-lvs2.yml
---
- name: install lvs keepalivedhosts: lbtasks:- name: install pkgs    # 安装软件包yum:name: ipvsadm,keepalivedstate: present
[root@pubserver cluster]# ansible-playbook 11-install-lvs2.yml[root@lvs1 ~]# vim /etc/keepalived/keepalived.conf 12    router_id lvs1       # 为本机取一个唯一的id13    vrrp_iptables        # 自动开启iptables放行规则
... ...20 vrrp_instance VI_1 {21     state MASTER22     interface eth023     virtual_router_id 5124     priority 10025     advert_int 126     authentication {27         auth_type PASS28         auth_pass 111129     }   30     virtual_ipaddress {31         192.168.88.15       # vip地址，与web服务器的vip一致32     }   33 }# 以下为keepalived配置lvs的规则35 virtual_server 192.168.88.15 80 {   # 声明虚拟服务器地址36     delay_loop 6     # 健康检查延迟6秒开始37     lb_algo wrr      # 调度算法为wrr38     lb_kind DR       # 工作模式为DR39     persistence_timeout 50  # 50秒内相同客户端调度到相同服务器40     protocol TCP     # 协议是TCP41 42     real_server 192.168.88.100 80 {   # 声明真实服务器43         weight 1          # 权重44         TCP_CHECK {       # 通过TCP协议对真实服务器做健康检查45             connect_timeout 3 # 连接超时时间为3秒46             nb_get_retry 3    # 3次访问失败则认为真实服务器故障47             delay_before_retry 3  # 两次检查时间的间隔3秒48         }49     }50     real_server 192.168.88.200 80 {51         weight 252         TCP_CHECK {53             connect_timeout 354             nb_get_retry 355             delay_before_retry 356         }57     }58 }
# 以下部分删除# 启动keepalived服务
[root@lvs1 ~]# systemctl start keepalived# 验证
[root@lvs1 ~]# ip a s eth0 | grep 88inet 192.168.88.5/24 brd 192.168.88.255 scope global noprefixroute eth0inet 192.168.88.15/32 scope global eth0
[root@lvs1 ~]# ipvsadm -Ln    # 出现规则
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags-> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  192.168.88.15:80 wrr persistent 50-> 192.168.88.100:80            Route   1      0          0         -> 192.168.88.200:80            Route   2      0          0    # 客户端连接测试
[root@client1 ~]# for i in {1..6}; do curl http://192.168.88.15/; done
Welcome from web2
Welcome from web2
Welcome from web2
Welcome from web2
Welcome from web2
Welcome from web2
# 为了效率相同的客户端在50秒内分发给同一台服务器。为了使用同一个客户端可以看到轮询效果，可以注释配置文件中相应的行后，重启keepavlied。
[root@lvs1 ~]# vim +39 /etc/keepalived/keepalived.conf
...略...# persistence_timeout 50
...略...
[root@lvs1 ~]# systemctl restart keepalived.service 
# 在客户端验证
[root@client1 ~]# for i in {1..6}; do curl http://192.168.88.15/; done
Welcome from web2
Welcome from web1
Welcome from web2
Welcome from web2
Welcome from web1
Welcome from web2# 配置LVS2
[root@lvs1 ~]# scp /etc/keepalived/keepalived.conf 192.168.88.6:/etc/keepalived/
[root@lvs2 ~]# vim /etc/keepalived/keepalived.conf 12    router_id lvs221     state BACKUP24     priority 80
[root@lvs2 ~]# systemctl start keepalived
[root@lvs2 ~]# ipvsadm -Ln   # 出现规则
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags-> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  192.168.88.15:80 wrr-> 192.168.88.100:80            Route   1      0          0         -> 192.168.88.200:80            Route   2      0          0      

• 验证

# 1. 验证真实服务器健康检查
[root@web1 ~]# systemctl stop nginx
[root@lvs1 ~]# ipvsadm -Ln   # web1在规则中消失
[root@lvs2 ~]# ipvsadm -Ln[root@web1 ~]# systemctl start nginx
[root@lvs1 ~]# ipvsadm -Ln   # web1重新出现在规则中
[root@lvs2 ~]# ipvsadm -Ln# 2. 验证lvs的高可用性
[root@lvs1 ~]# shutdown -h now    # 关机
[root@lvs2 ~]# ip a s | grep 88     # 可以查看到vipinet 192.168.88.6/24 brd 192.168.88.255 scope global noprefixroute eth0inet 192.168.88.15/32 scope global eth0
# 客户端访问vip依然可用
[root@client1 ~]# for i in {1..6}; do curl http://192.168.88.15/; done
Welcome from web1
Welcome from web2
Welcome from web2
Welcome from web1
Welcome from web2
Welcome from web2

五  HAProxy

1  简介

它是免费、快速并且可靠的一种解决方案，适用于那些负载特大的web站点，这些站点通常又需要会话保持或七层处理，可以提供高可用性、负载均衡以及基于TCP和HTTP应用的代理

2  衡量负责均衡器性能的因素

• Session rate 会话率，每秒钟产生的会话数
• Session concurrency 并发会话数，服务器处理会话的时间越长，并发会话数越多
• Data rate数据速率，以MB/s或Mbps衡量

3 工作模式

mode http
        -  客户端请求被深度分析后再发往服务器，只适用于web服务
mode tcp
        -  4层调度，不检查第七层信息，适用于各种服务
mode health
        -  仅做健康状态检查，已经不建议使用

六  案列4  配置HAProxy负载平衡集群

• 准备三台虚拟机两台做Web服务器，一台安装HAProxy
• 安装并配置HAProxy，发往HAProxy的连接请求，分发到真正的Web服务器-把HAProxy设置为开机自动启动
• 设置HAProxy以实现监控，并查看监控信息

1  项目拓扑图

2  环境准备

client1	eth0 -> 192.168.88.10
HAProxy	eth0 -> 192.168.88.5
web1	eth0 -> 192.168.88.100
web2	eth0 -> 192.168.88.200

3  初始化配置

# 关闭192.168.88.6
[root@lvs2 ~]# shutdown -h now# 配置192.168.88.5为haproxy服务器
[root@pubserver cluster]# vim 12-config-haproxy.yml
---
- name: config haproxyhosts: lvs1tasks:- name: rm lvs keepalived     # 删除软件包yum:name: ipvsadm,keepalivedstate: absent- name: rename hostname       # 修改主机名shell: hostnamectl set-hostname haproxy1- name: install haproxy       # 安装软件包yum:name: haproxystate: present
[root@pubserver cluster]# ansible-playbook 12-config-haproxy.yml# web服务器，不需要配置vip，不需要改内核参数。但是存在对haproxy也没有影响。

• 配置haproxy

# 修改配置文件
[root@haproxy1 ~]# vim /etc/haproxy/haproxy.cfg 
# 配置文件中，global是全局配置；default是缺省配置，如果后续有和default相同的配置，default配置将会被覆盖。
# 配置文件中，frontend描述haproxy怎么和用户交互；backend描述haproxy怎么和后台应用服务器交互。这两个选项，一般不单独使用，而是合并到一起，名为listen。
# 将64行之后全部删除，写入以下内容64 #---------------------------------------------------------------------65 listen myweb  # 定义虚拟服务器66         bind 0.0.0.0:80     # 监听在所有可用地址的80端口67         balance roundrobin  # 定义轮询调度算法# 对web服务器做健康检查，2秒检查一次，如果连续2次检查成功，认为服务器是健康的，如果连续5次检查失败，认为服务器坏了68         server web1 192.168.88.100:80 check inter 2000 rise 2 fall 569         server web2 192.168.88.200:80 check inter 2000 rise 2 fall 570 71 listen stats  # 定义虚拟服务器72         bind 0.0.0.0:1080       # 监听在所有可用地址的1080端口73         stats refresh 30s       # 设置监控页面自动刷新时间为30秒74         stats uri /stats        # 定义监控地址是/stats75         stats auth admin:admin  # 监控页面的用户名和密码都是admin# 启服务
[root@haproxy1 ~]# systemctl start haproxy.service 
# 使用firefox访问监控地址 http://192.168.88.5:1080/stats# 客户端访问测试
[root@client1 ~]# for i in {1..6}; do curl http://192.168.88.5/; done
Welcome from web2
Welcome from web1
Welcome from web2
Welcome from web1
Welcome from web2
Welcome from web1# client1上使用ab访问
[root@client1 ~]# yum install -y httpd-tools
[root@client1 ~]# ab -n1000 -c200 http://192.168.88.5/

监控地址 http://192.168.88.5:1080/stats如下：

• Queue：队列长度。Cur当前队列长度，Max最大队列长度，Limit限制长度
• Session rate：会话率，每秒钟的会话数
• Sessions：会话数
• Bytes：字节数。In收到的字节数，Out发出的字节数
• Denied：拒绝。Req请求，Resp响应
• Errors：错误
• Warning：警告
• Status：状态
• LastChk：上一次检查。L4OK，第四层tcp检查通过
• Wght：权重

七  负载均衡调度器比较

LVS适用于需要高并发性和稳定性的场景，Nginx适用于静态文件服务和反向代理等应用层负载均衡场景，HAProxy则具备较为丰富的功能和灵活性，适用于多种负载均衡场景。

1  LVS（Linux Virtual Server）

优点：

• 高性能：LVS使用Linux内核中的IP负载均衡技术，能够实现非常高的并发处理能力。
• 稳定性：LVS经过长时间的实践应用，成熟稳定，被广泛使用。
• 可用性：支持高可用性的配置，可以实现故障自动切换，提供无中断的服务。
• 灵活性：可根据需要采用多种负载均衡算法，如轮询、加权轮询、哈希等。

缺点：

• 配置复杂：相对于其他两个技术，LVS的配置相对较为复杂，需要更深入的了解和配置。
• 功能相对局限：LVS主要是一种传输层负载均衡技术，无法像Nginx和HAProxy那样对应用层协议进行处理。

2  Nginx

优点：

• 高性能：Nginx采用了基于事件驱动的异步非阻塞架构，能够处理大量并发连接。
• 负载均衡：Nginx具备内置的负载均衡功能，可以根据配置进行请求的转发。
• 丰富的功能：Nginx支持反向代理、静态文件服务、缓存、SSL等，在Web服务器领域有很广泛的应用。

缺点：

• 功能相对较少：相对于LVS和HAProxy，Nginx在负载均衡算法和健康检查等方面的功能相对较少。
• 限制于应用层协议：Nginx只能对HTTP和HTTPS等应用层协议进行处理，无法处理其他协议。

3  HAProxy

优点：

• 灵活性：HAProxy支持丰富的负载均衡算法和会话保持方式，可以根据需求进行灵活配置。
• 完整的功能：HAProxy支持高可用性配置、健康检查、故障恢复、SSL等功能，在负载均衡领域应用广泛。
• 高性能：HAProxy性能优良，能够处理大量并发连接，并且支持异步IO模型。

缺点：

• 内存占用：相对于Nginx和LVS，HAProxy在处理大量连接时消耗的内存稍高一些。
• 高可用性：HAProxy需要借助额外的工具来实现高可用性，例如Keepalived。