[系统运维]Nginx高可用极速实战：通过KeepAlived与华为云虚拟IP实现

背景

接触 Nginx 也有几年了，但是以前的服务都是通过一台机器上的 Nginx 来代理，一直没使用过 Nginx 高可用方案。在严格要求高可用 HA （High Availability）的场景中，一台 Nginx 服务难免出故障，作为流量入口，单实例部署的 Nginx 服务挂掉后的后果不堪设想。今天就来体验下业界主流的结合 KeepAlived 实现的 Nginx 高可用方案（抢占模式），并在华为云的生产环境下进行实战。

KeepAlived 是基于虚拟路由冗余协议(Virtual Router Redundancy Protocol，简称 VRRP ） 协议的一款高可用软件。通常用于配置多个服务的高可用性，比如 MySQL 的高可用、 Redis 高可用、应用服务高可用等。

系统环境

[root@ecs-c8ee-0012 ~]# uname -a
Linux ecs-c8ee-0012 3.10.0-1160.15.2.el7.x86_64 #1 SMP Wed Feb 3 15:06:38 UTC 2021 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux
[root@ecs-c8ee-0012 ~]# cat /proc/version
Linux version 3.10.0-1160.15.2.el7.x86_64 (mockbuild@kbuilder.bsys.centos.org) (gcc version 4.8.5 20150623 (Red Hat 4.8.5-44) (GCC) ) #1 SMP Wed Feb 3 15:06:38 UTC 2021
[root@ecs-c8ee-0012 ~]# cat /etc/redhat-release
CentOS Linux release 7.3.1611 (Core) 

• Nginx 1.20.1

• KeepAlived 2.2.4

资源准备

以2台服务器、3个IP地址（2台服务器的局域网IP以及1个虚拟IP；如果要通过公网访问，则还需要一个公网IP）为例。

整体架构

虚拟IP是什么？

使用 KeepAlived 实现 Nginx 的高可用，我们面临的第一个问题便是：

什么是虚拟IP？为什么需要虚拟IP？

关于 什么是虚拟IP？ ，这个要从 Nginx 的高可用这个初心说起，根据我们的经验与直觉，要让 Nginx 能够高可用，那必然不只一个实例，那么假设我们再加一台主机并运行 Nginx ，这下就有两台主机上跑了 Nginx 服务，并代理了相同的业务服务。这时候问题来了，当前有了两个请求入口，那客户端到底该访问哪个 Nginx ？显然，客户端是不知道该访问哪个服务的（因为有两台主机，两个IP）。。

此时， KeepAlived 闪亮登场，其具体的实现原理我们按下不表，可以简单地理解为： KeepAlived 的基本功能就是换IP，说得专业一点叫 IP漂移 ，这样前面那个 那客户端到底该访问哪个Nginx？ 的问题就迎刃而解了，即我们在每个运行 Nginx 的主机上同时再装一个 KeepAlived ，客户端使用虚拟IP来访问，借助 KeepAlived 的 换IP 功能，一旦发现当前的 Nginx 主机无法使用，则进行 换IP 操作，将 IP漂移 到一个 Nginx 可用的主机上。因此，所谓的 虚拟IP 就是对外的唯一IP，就是用来漂移的，根据具体的 KeepAlived 服务状态，可能在这台机器上，也可能在别的机器上。 IP漂移 ， 漂移这个词很是形象。

虚拟IP怎么来的？

接着，便是面临第二个问题：

如何获取虚拟IP？

如果你用的是本地虚拟机，那么虚拟IP可以设置为一个未被使用的内网IP即可。这里我使用华为云提供的虚拟私有云服务（毕竟是实战嘛~~），在子网下申请虚拟IP，并绑定到我们用到的两台主机实例。

• 虚拟私有云服务-子网

• 申请虚拟IP

• 此时虚拟IP还不能直接访问

• 绑定虚拟IP至我们用到的两台主机实例

在实际生产环境中，如果想通过公网IP访问，那么将公网IP与我们申请的虚拟IP绑定即可。

KeepAlived

Nginx 的安装与配置本文忽略。其实，如果已经有反向代理的单实例 Nginx 服务，无需做任何改动，将其配置复制到其他备用机器上即可， KeepAlived 的安装与配置对已有的 Nginx 服务没有影响。

KeepAlived下载安装

下载地址：https://www.keepalived.org/download.html

由于需要在涉及高可用的两台服务器上都需要安装配置 KeepAlived 服务，建议使用命令广播的方式在多台机器上并行操作，省时高效，可以使用 XShell 或者 Electerm ，推荐 Electerm 。

cd /opt
# 解压
tar -zxvf keepalived-2.2.4.tar.gz

# 重命名
mv keepalived-2.2.4 keepalived

# 切换目录，配置安装目录
cd keepalived
./configure --prefix=/usr/local/keepalived --sysconf=/etc

# 报错，确实SSL依赖，安装即可
yum -y install openssl-devel

./configure --prefix=/usr/local/keepalived --sysconf=/etc
# 以上操作会提示：*** WARNING - this build will not support IPVS with IPv6. Please install libnl/libnl-3 dev libraries to support IPv6 with IPVS.根据需要安装依赖即可。

# 构建
make && make install

KeepAlived配置

• MASTER上KeepAlived配置信息如下：

! Configuration File for keepalived

global_defs {
   notification_email {
     acassen@firewall.loc
     failover@firewall.loc
     sysadmin@firewall.loc
   }
   notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc
   smtp_server 192.168.200.1
   smtp_connect_timeout 30
   # keepalived服务唯一标识，一般使用主机IP作为区分
   router_id LVS_DEVEL-249
   vrrp_skip_check_adv_addr
   vrrp_strict
   vrrp_garp_interval 0
   vrrp_gna_interval 0
}

vrrp_script check_nginx {
    script "/etc/keepalived/nginx_check.sh" # 定时检测Nginx状态的脚本
    interval 2 # 2秒检测一次
    timeout 10 # 超时时间
    weight -20 
}

vrrp_instance VI_1 {
    # 主
    state MASTER
    interface eth0
    virtual_router_id 51
    priority 100 # 涉及主备的选举方式，越大优先级越高
    advert_int 1
    # 校验信息，节点间要求一致
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    # 虚拟IP，节点间要求一致
    virtual_ipaddress {
        192.168.0.8
    }
    # 配置监测脚本
    track_script {
        check_nginx
    }
}

• BACKUP上KeepAlived配置信息如下：

! Configuration File for keepalived

global_defs {
   notification_email {
     acassen@firewall.loc
     failover@firewall.loc
     sysadmin@firewall.loc
   }
   notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc
   smtp_server 192.168.200.1
   smtp_connect_timeout 30
   # keepalived服务唯一标识，一般使用主机IP作为区分
   router_id LVS_DEVEL-69
   vrrp_skip_check_adv_addr
   vrrp_strict
   vrrp_garp_interval 0
   vrrp_gna_interval 0
}

vrrp_script check_nginx {
    script "/etc/keepalived/nginx_check.sh" # 定时检测Nginx状态的脚本
    interval 2 # 2秒检测一次
    timeout 10 # 超时时间
    weight -20 
}

vrrp_instance VI_1 {
    # 备
    state BACKUP
    interface eth0
    virtual_router_id 51
    priority 90 # 涉及主备的选举方式，越大优先级越高，备机比主机小即可
    advert_int 1
    # 校验信息，节点间要求一致
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    # 虚拟IP，节点间要求一致
    virtual_ipaddress {
        192.168.0.8
    }
    # 配置监测脚本
    track_script {
        check_nginx
    }
}

• nginx_check脚本

先检查 Nginx 进程是否存在，如果不存在，则尝试启动 Nginx 服务，并休眠等待3秒（这是为了避免多次启动，导致资源浪费），然后再次检查 Nginx 进程是否存在，如果依然不存在 Nginx 进程，则停止 KeepAlived 服务，进行IP漂移，让其他备机接管 Nginx 的代理服务。

#!/bin/bash
x=`ps -C nginx --no-heading | wc -l`
if [ $x -eq 0 ];then
        systemctl start nginx
        sleep 3
        x=`ps -C nginx --no-heading | wc -l`
        if [ $x -eq 0 ];then
            systemctl stop keepalived
        fi
fi

KeepAlived启动

分别在准备好的两台机器上启动 KeepAlived 服务。

# 启动
systemctl start keepalived.service
# 开机自启
systemctl enable keepalived.service

高可用测试

一开始的状态如下：

两种方式验证

一、通过虚拟IP在任一台主机上访问： curl http://192.168.0.8 ，会返回 Nginx 默认页面，我这里的华为云返回了系统信息页面，为了区分不同的主机，我事先编辑了默认页面，添加了一行内网IP， vim /usr/share/nginx/html/index.html 。

二、分别在两台主机上执行 ip addr show ，查看 eth0 下是否有虚拟IP地址信息，即虚拟IP是否有绑定到当前主机的 eth0 网卡上。

停掉MASTER上的Nginx

停止 Master 上的 Nginx 服务，通过 curl http://192.168.0.8 或者 ip addr show 发现 Master 的IP没有变，即虚拟IP没有发生漂移。这是因为我们有一个自动监测 Nginx 服务状态的脚本，一旦监测到 Nginx 服务挂掉，则尝试重启 Nginx ，显然这时候重启成功了。

停掉MASTER上的KeepAlived

停掉 Master 上的 KeepAlived ，则无论 Master 上的 Nginx 服务是否在运行，通过 curl http://192.168.0.8 或者 ip addr show 发现 Master 的IP从 192.168.0.91 变为 192.168.0.207 ，虚拟IP漂移成功， Backup 成功接管上位成为 Master 。

Note：此时，相当于将 192.168.0.91 这台 Master 主机关掉了，与上述效果是一致的。

恢复一开始MASTER上停掉的KeepAlived

恢复 192.168.0.91 （一开始的 Master ）上的 KeepAlived ，通过 curl http://192.168.0.8 或者 ip addr show 发现 Master 的IP从 192.168.0.207 变为 192.168.0.91 ，虚拟IP漂移成功， 昔日的王者 Master 成功接管再次恢复 Master 地位。

Note：之所以曾经的 Master 会重新夺回 Master 地位，是因为采用了抢占模式；若采用非抢占模式，主备机的 state 都应配置为 BACKUP ，则上述这种情况下，虚拟IP还是在 192.168.0.207 上绑定。一般地，在生产环境下建议使用非抢占模式，这样可以避免因虚拟IP频繁漂移而导致服务短暂的中断。

小总结

至此，结合华为云虚拟IP，基于两台主机、一个虚拟IP的 Nginx 高可用集群服务搭建成功，可用性大大提高；根据实际生产需要可自行添加多台备机，如果想通过公网IP访问，那么将公网IP与我们申请的虚拟IP绑定即可。

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