首页 > 技术文章 > Nginx+keepalived 高可用双机热备(主从模式/双主模式)

littlewhiterabbit 2020-09-26 16:56 原文

一、Keepalived 简要介绍

Keepalived 是一种高性能的服务器高可用或热备解决方案, Keepalived 可以用来防止服务器单点故障的发生,通过配合 Nginx 可以实现 web 前端服务的高可用。
Keepalived 以 VRRP 协议为实现基础,用 VRRP 协议来实现高可用性(HA)。 VRRP(Virtual RouterRedundancy Protocol)协议是用于实现路由器冗余的协议, VRRP 协议将两台或多台路由器设备虚拟成一个设备,对外提供虚拟路由器 IP(一个或多个),而在路由器组内部,如果实际拥有这个对外 IP 的路由器如果工作正常的话就是 MASTER,或者是通过算法选举产生, MASTER 实现针对虚拟路由器 IP 的各种网络功能,如 ARP 请求, ICMP,以及数据的转发等;其他设备不拥有该虚拟 IP,状态是 BACKUP,除了接收 MASTER 的VRRP 状态通告信息外,不执行对外的网络功能。当主机失效时, BACKUP 将接管原先 MASTER 的网络功能。VRRP 协议使用多播数据来传输 VRRP 数据, VRRP 数据使用特殊的虚拟源 MAC 地址发送数据而不是自身网卡的 MAC 地址, VRRP 运行时只有 MASTER 路由器定时发送 VRRP 通告信息,表示 MASTER 工作正常以及虚拟路由器 IP(组), BACKUP 只接收 VRRP 数据,不发送数据,如果一定时间内没有接收到 MASTER 的通告信息,各 BACKUP 将宣告自己成为 MASTER,发送通告信息,重新进行 MASTER 选举状态。

负载均衡技术对于一个网站尤其是大型网站的web服务器集群来说是至关重要的!做好负载均衡架构,可以实现故障转移和高可用环境,避免单点故障,保证网站健康持续运行。

关于负载均衡介绍,可以参考:linux负载均衡总结性说明(四层负载/七层负载)

由于业务扩展,网站的访问量不断加大,负载越来越高。现需要在web前端放置nginx负载均衡,同时结合keepalived对前端nginx实现HA高可用。

1: nginx进程 基于Master+Slave(worker)多进程模型,自身具有非常稳定的子进程管理功能。

在Master进程分配模式下,Master进程永远不进行业务处理,只是进行任务分发,从而达到Master进程的存活高可靠性,Slave(worker)进程所有的业务信号都 由主进程发出,Slave(worker)进程所有的超时任务都会被Master中止,属于非阻塞式任务模型。

2: Keepalived 是Linux下面实现VRRP备份路由的高可靠性运行件。基于Keepalived设计的服务模式能够真正做到主服务器和备份服务器故障时IP瞬间无缝交接。二者结合,可以构架出比较稳定的软件LB方案。

Keepalived介绍:
Keepalived是一个基于VRRP协议来实现的服务高可用方案,可以利用其来避免IP单点故障,类似的工具还有heartbeat、corosync、pacemaker。但是它一般不会单独出现,而是与其它负载均衡技术(如lvs、haproxy、nginx)一起工作来达到集群的高可用。

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。


VRRP协议:
VRRP全称 Virtual Router Redundancy Protocol,即 虚拟路由冗余协议。可以认为它是实现路由器高可用的容错协议,即将N台提供相同功能的路由器组成一个路由器组(RouterGroup),这个组里面有一个master和多个backup,但在外界看来就像一台一样,构成虚拟路由器,拥有一个虚拟IP(vip,也就是路由器所在局域网内其他机器的默认路由),占有这个IP的master实际负责ARP相应和转发IP数据包,组中的其它路由器作为备份的角色处于待命状态。master会发组播消息,当backup在超时时间内收不到vrrp包时就认为master宕掉了,这时就需要根据VRRP的优先级来选举一个backup当master,保证路由器的高可用。

在VRRP协议实现里,虚拟路由器使用 00-00-5E-00-01-XX 作为虚拟MAC地址,XX就是唯一的 VRID (VirtualRouter IDentifier),这个地址同一时间只有一个物理路由器占用。在虚拟路由器里面的物理路由器组里面通过多播IP地址224.0.0.18 来定时发送通告消息。每个Router都有一个 1-255 之间的优先级别,级别最高的(highest priority)将成为主控(master)路由器。通过降低master的优先权可以让处于backup状态的路由器抢占(pro-empt)主路由器的状态,两个backup优先级相同的IP地址较大者为master,接管虚拟IP。

这里写图片描述

nginx 双机高可用一般是通过虚拟IP(飘移IP)方法来实现的,基于Linux/Unix的IP别名技术。

二、双机高可用的两种模式

1)Nginx+keepalived 双机主从模式:即前端使用两台服务器,一台主服务器和一台热备服务器,正常情况下,主服务器绑定一个公网虚拟IP,提供负载均衡服务,热备服务器处于空闲状态;当主服务器发生故障时,热备服务器接管主服务器的公网虚拟IP,提供负载均衡服务;但是热备服务器在主机器不出现故障的时候,永远处于浪费状态,对于服务器不多的网站,该方案不经济实惠。

2)Nginx+keepalived 双机主主模式:即前端使用两台负载均衡服务器,互为主备,且都处于活动状态,同时各自绑定一个公网虚拟IP,提供负载均衡服务;当其中一台发生故障时,另一台接管发生故障服务器的公网虚拟IP(这时由非故障机器一台负担所有的请求)。这种方案,经济实惠,非常适合于当前架构环境。

2.1、Keepalived+Nginx 高可用集群(主从模式)

集群架构图:

说明:Keepalived机器同样是nginx负载均衡器。

2.2、Keepalived+Nginx 高可用集群(双主模式)

将keepalived做成双主模式,其实很简单,就是再配置一段新的vrrp_instance(实例)规则,主上面加配置一个从的实例规则,从上面加配置一个主的实例规则。

集群架构图:

说明:还是按照上面的环境继续做实验,只是修改LB节点上面的keepalived服务的配置文件即可。此时LB-01节点即为Keepalived的主节点也为备节点,LB-02节点同样即为Keepalived的主节点也为备节点。LB-01节点默认的主节点VIP(192.168.1.110),LB-02节点默认的主节点VIP(192.168.1.210)

附录

Keepalived+Nginx实现双主高可用负载均衡

Keepalived之——Keepalived + Nginx 实现高可用 Web 负载均衡

Nginx-keepalived+Nginx实现高可用集群

Nginx+keepalived 高可用双机热备(主从模式/双主模式)

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