Nginx12-集群高可用

news2024/10/17 10:57:55

零、文章目录

Nginx12-集群高可用

1、Nginx实现服务器集群

（1）单机模式
  • 在使用Nginx和Tomcat部署项目的时候，我们使用的是一台Nginx服务器和一台Tomcat服务器，架构图如下

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（2）集群模式
  • 如果Tomcat宕机了，整个系统就无法正常运行，我们可以多搭建几台Tomcat服务器，其中一台宕机了，其他服务器还能继续运行，这也就是我们常说的集群，搭建Tomcat的集群需要用到了Nginx的反向代理和负载均衡知识，架构如下

image-20241010112354463

（3）集群实现

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  • 准备3台tomcat，使用端口进行区分[实际环境应该是三台服务器]。
cp -r /opt/apache-tomcat-9.0.96 /opt/tomcat01
cp -r /opt/apache-tomcat-9.0.96 /opt/tomcat02
cp -r /opt/apache-tomcat-9.0.96 /opt/tomcat03
  • 修改三个 Tocmat 配置文件的端口，修改server.ml，将端口修改分别修改为8180,8280,8380。
vim /opt/tomcat01/conf/server.xml
vim /opt/tomcat02/conf/server.xml
vim /opt/tomcat03/conf/server.xml

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  • 在Nginx对应的配置文件中添加如下内容
worker_processes  1;

events {
    worker_connections  1024;
}

http {
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;
    sendfile        on;
    keepalive_timeout  65;

    upstream webservice{
        server 192.168.119.162:8180;     # tomcat01
        server 192.168.119.162:8280; 	 # tomcat02
        server 192.168.119.162:8380;	 # tomcat03
    }

    server {
        listen       80;
        server_name  localhost;
        
        location / {
                proxy_pass http://webservice;
        }
        
        error_page   500 502 503 504  /50x.html;
        location = /50x.html {
            root   html;
        }
    }
}
  • 启动Tomcat
# 分别开不同窗口启动tomcat
/opt/tomcat01/bin/startup.sh
/opt/tomcat02/bin/startup.sh
/opt/tomcat03/bin/startup.sh

  • 测试Tomcat

    • 测试地址tomcat01：http://192.168.119.162:8180/

    image-20241010134644879

    • 测试地址tomcat02：http://192.168.119.162:8280/

    image-20241010134841001

    • 测试地址tomcat03：http://192.168.119.162:8380/

    image-20241010135353615

  • 测试Nginx：访问地址http://192.168.119.161/

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2、Nginx高可用解决方案

（1）概述
  • 完成了上述环境的部署，我们已经解决了Tomcat的高可用性，一台服务器宕机，还有其他两台对外提供服务。
  • 但是新问题出现了，上述环境中，如果是Nginx宕机了，那么整套系统都将服务对外提供服务了，所以我们需要两台以上Nginx服务器做集群。但是两台Nginx我们访问哪一台呢？下面我们来解决这个问题。
（2）Keepalived

  • Keepalived 软件由 C 编写的，最初是专为 LVS 负载均衡软件设计的，Keepalived 软件主要是通过 VRRP 协议实现高可用功能。

  • VRRP（Virtual Route Redundancy Protocol）协议，翻译过来为虚拟路由冗余协议。

  • VRRP协议的作用

    • 选择协议：VRRP可以把一个虚拟路由器的责任动态分配到局域网上的 VRRP 路由器中的一台。其中的虚拟路由即Virtual路由是由VRRP路由群组创建的一个不真实存在的路由，这个虚拟路由也是有对应的IP地址。而且VRRP路由1和VRRP路由2之间会有竞争选择，通过选择会产生一个Master路由和一个Backup路由。
    • 路由容错协议：Master路由和Backup路由之间会有一个心跳检测，Master会定时告知Backup自己的状态，如果在指定的时间内，Backup没有接收到这个通知内容，Backup就会替代Master成为新的Master。Master路由有一个特权就是虚拟路由和后端服务器都是通过Master进行数据传递交互的，而备份节点则会直接丢弃这些请求和数据，不做处理，只是去监听Master的状态

    image-20241010142439970

（3）Keepalived+Nginx架构图
  • VIP 是虚拟路由，是专门给用户发送请求。一旦用户发送请求到 VIP，VIP 就会发送给 Master（主）的 Nginx，如果 Master（主）Nginx 宕机了，才会发送给 Backup（备份） Nginx 路由。

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（4）环境搭建
  • 环境准备
IP主机名主/从
192.168.119.163keepalivedvip
192.168.119.164（服务器A）keepalived1Master
192.168.119.165（服务器B）keepalived2Backup

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  • Nginx：keepalived1+keepalived2安装，配置保持一致，安装参考Nginx在Linux下安装篇：https://blog.csdn.net/liyou123456789/article/details/142745399

  • keepalived：keepalived1+keepalived2安装

# 创建目录
mkdir /opt/keepalived
cd /opt/keepalived

# 官网地址：https://keepalived.org/
# 官网下载地址：https://keepalived.org/download.html
# 百度网盘地址：https://pan.baidu.com/s/1PHTVk4WhIJ_Pm-c89rY4jQ?pwd=1234
# 上传keepalived-2.0.20.tar.gz文件到/opt/keepalived目录

# 解压文件
tar -zxf keepalived-2.0.20.tar.gz -C /opt/keepalived

# 对 keepalived 进行配置，编译和安装
cd /opt/keepalived/keepalived-2.0.20
./configure --sysconf=/etc --prefix=/usr/local   # 安装到 /usr/local 目录下，可修改
make && make install
  • /usr/local/sbin 目录下的 keepalived：这是系统配置脚本，用来启动和关闭 keepalived
（5）keepalived配置文件

  • 配置文件路径/etc/keepalived/keepalived.conf

  • 配置文件说明如下

    • 第一部分是 global 全局配置
    • 第二部分是 vrrp 相关配置：包含四个子模块
      • vrrp_script
      • vrrp_sync_group
      • garp_group
      • vrrp_instance
    • 第三部分是 LVS 相关配置

  • 这里需要修改的是 5、6、8 行代码。

# global全局部分
global_defs {
    
   notification_email {  # 通知邮件，当 keepalived 切换 Master 和 Backup 时需要发 email 给具体的邮箱地址
     tom@test.com
     jerry@test.com
   }
   notification_email_from test@test.com   # 设置发件人的邮箱信息
   
   smtp_server 192.168.119.1   # 指定 smpt 服务地址
   
   smtp_connect_timeout 30   # 指定 smpt 服务连接超时时间
   
   router_id LVS_DEVEL   # 运行 keepalived 服务器的一个标识，可以用作发送邮件的主题信息
   
   # 默认是不跳过检查。检查收到的 VRRP 通告中的所有地址可能会比较耗时，设置此命令的意思是，如果通告与接收的上一个通告来自相同的 master 路由器，则不执行检查(跳过检查)
   vrrp_skip_check_adv_addr
   
   vrrp_strict    # 严格遵守 VRRP 协议
  
   vrrp_garp_interval 0   # 在一个接口发送的两个免费 ARP 之间的延迟。可以精确到毫秒级。默认是 0
   
   vrrp_gna_interval 0  # 在一个网卡上每组消息之间的延迟时间，默认为 0
}
  • vrrp_instance 模块内容
    • 第 3 行代码是说明当前 Nginx 服务器的角色是 Master 还是 Backup。分别在服务器 A 和 B 进行角色配置。
    • 第 5 行代码是 VIP 的 ID，如果使用相同的虚拟路由 VIP，请保持 ID 一致。
    • 第 6 行代码是优先级，请让 Master 服务器的优先级大于 Backup 服务器的优先级。如 100 > 90。
    • 第 7 行代码是 Master 和 Backup 之间通信的间隔时间，如果无法通信，说明 Master 已经宕机，则切换为 Backup。
    • 第 13 行代码是用户访问的虚拟 IP 地址，即 VIP，它会发送给 Nginx 服务器。
  • vrrp_instance 模块中我们修改的是第 3、5、6、7、13 行代码。
# 设置 keepalived 实例的相关信息，VI_1 为 VRRP 实例名称
vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER  		  # 有两个值可选 MASTER 主，BACKUP 备
    interface ens33		  # vrrp 实例绑定的接口，用于发送 VRRP 包[当前服务器使用的网卡名称]
    virtual_router_id 51  # 指定 VRRP 实例 ID，范围是 0-255
    priority 100		  # 指定优先级，优先级高的将成为 MASTER
    advert_int 1		  # 指定发送 VRRP 通告的间隔，单位是秒。这里是心跳检查的时间
    authentication {	  # vrrp 之间通信的认证信息
        auth_type PASS	  # 指定认证方式。PASS 简单密码认证(推荐)
        auth_pass 1111	  # 指定认证使用的密码，最多 8 位
    }
    virtual_ipaddress {   # 虚拟 IP 地址设置虚拟 IP 地址，供用户访问使用，可设置多个，一行一个
        192.168.119.163
    }
}
  • 服务器A的Keepalived 的具体配置内容如下：
! Configuration File for keepalived

global_defs {
   notification_email {
     Tom@test.com
   }
   notification_email_from test@test.com
   smtp_server 192.168.119.1
   smtp_connect_timeout 30
   router_id keepalived1
   vrrp_skip_check_adv_addr
   vrrp_strict
   vrrp_garp_interval 0
   vrrp_gna_interval 0
}

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface ens33
    virtual_router_id 51
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.119.163
    }
}
...
  • 服务器B的Keepalived 的具体配置内容如下：
! Configuration File for keepalived

global_defs {
   notification_email {
     Tom@test.com
   }
   notification_email_from Tom@test.com
   smtp_server 192.168.119.1
   smtp_connect_timeout 30
   router_id keepalived2
   vrrp_skip_check_adv_addr
   vrrp_strict
   vrrp_garp_interval 0
   vrrp_gna_interval 0
}

vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    interface ens33
    virtual_router_id 51
    priority 90
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.119.163
    }
}
（6）测试访问
  • 启动keepalived之前，咱们先使用命令 ip a，查看服务器A（MASTER）和服务器B（BACKUP）这两台服务器的IP情况。
# 服务器A
[root@localhost keepalived]# ip a
2: ens33: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:1d:94:ff brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.119.164/24 brd 192.168.119.255 scope global noprefixroute ens33
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::7f3d:1c1c:b384:df37/64 scope link noprefixroute 
       valid_lft forever preferred_lft forever

# 服务器B
[root@localhost keepalived]# ip a
2: ens33: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:75:69:c4 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.119.165/24 brd 192.168.119.255 scope global noprefixroute ens33
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::7f3d:1c1c:b384:df37/64 scope link tentative noprefixroute dadfailed 
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::8bc6:fc3c:4e91:dddf/64 scope link noprefixroute 
       valid_lft forever preferred_lft forever
  • 分别启动两台服务器的keepalived
cd /usr/local/sbin
./keepalived
  • 再次通过 ip a查看ip，服务器A（MASTER）多出来一个192.168.119.163，服务器B（BACKUP）和之前一样没变化
# 服务器A
[root@localhost sbin]# ip a
2: ens33: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:1d:94:ff brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.119.164/24 brd 192.168.119.255 scope global noprefixroute ens33
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet 192.168.119.163/32 scope global ens33
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::7f3d:1c1c:b384:df37/64 scope link noprefixroute 
       valid_lft forever preferred_lft forever

# 服务器B
[root@localhost sbin]# ip a
2: ens33: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:75:69:c4 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.119.165/24 brd 192.168.119.255 scope global noprefixroute ens33
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::7f3d:1c1c:b384:df37/64 scope link tentative noprefixroute dadfailed 
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::8bc6:fc3c:4e91:dddf/64 scope link noprefixroute 
       valid_lft forever preferred_lft forever
  • 服务器A（MASTER）关闭keepalived
# 服务器A
[root@localhost sbin]# ps -ef|grep keepalived
root     112299      1  0 20:48 ?        00:00:00 ./keepalived
root     112300 112299  0 20:48 ?        00:00:00 ./keepalived
root     112301 112299  0 20:48 ?        00:00:00 ./keepalived
root     125002   2471  0 21:03 pts/2    00:00:00 grep --color=auto keepalived
[root@localhost sbin]# kill -9 112299
[root@localhost sbin]# ps -ef|grep keepalived
root     125277   2471  0 21:03 pts/2    00:00:00 grep --color=auto keepalived
  • 再次通过 ip a查看ip，服务器A（MASTER）的192.168.119.163没有了，转移到了服务器B（BACKUP）上
# 服务器A
[root@localhost sbin]# ip a
2: ens33: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:1d:94:ff brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.119.164/24 brd 192.168.119.255 scope global noprefixroute ens33
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::7f3d:1c1c:b384:df37/64 scope link noprefixroute 
       valid_lft forever preferred_lft forever

# 服务器B
[root@localhost sbin]# ip a
2: ens33: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:75:69:c4 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.119.165/24 brd 192.168.119.255 scope global noprefixroute ens33
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet 192.168.119.163/32 scope global ens33
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::7f3d:1c1c:b384:df37/64 scope link tentative noprefixroute dadfailed 
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::8bc6:fc3c:4e91:dddf/64 scope link noprefixroute 
       valid_lft forever preferred_lft forever
  • 通过上述的测试，我们会发现，虚拟IP(VIP)会在MASTER节点上，当MASTER节点上的keepalived出问题以后，因为BACKUP无法收到MASTER发出的VRRP状态通过信息，就会直接升为MASTER。VIP也会"漂移"到新的MASTER。
  • 我们把服务器A的keepalived再次启动下，由于它的优先级高于服务器B的，所有它会再次成为MASTER，VIP也会"漂移"回去。
  • 我们现在访问虚拟服务器http://192.168.119.163/，页面显示成功

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（7）vrrp_script
  • keepalived只能做到对网络故障和keepalived本身的监控，即当出现网络故障或者keepalived本身出现问题时，进行自动切换。
  • 但是这些还不够，我们还需要监控keepalived所在服务器上的其他业务，比如Nginx，如果Nginx出现异常了，仅仅keepalived保持正常，是无法完成系统的正常工作的，因此需要根据业务进程的运行状态决定是否需要进行主备切换，这个时候，我们可以通过编写脚本对业务进程进行检测监控。
  • 需要在keepalived配置文件中添加对应的配置内容
vrrp_script 脚本名称
{
    script "脚本位置"
    interval 3 #执行时间间隔
    weight -20 #动态调整vrrp_instance的优先级
}

  • 实现步骤

    • 在服务器A，编写脚本，这里的脚本名是 ck_nginx.sh，位置在 /etc/keepalived 路径下。
      • ps 命令用于显示当前进程 (process) 的状态。
      • -C(command)：指定命令的所有进程。
      • –no-header：排除标题。
    #!/bin/bash

# 使用 ps 命令查询 nginx 进程数，并通过 wc -l 统计行数
num=$(ps -C nginx --no-header | wc -l)  # 查询 Nginx 的进程数

# 检查 Nginx 的进程数是否等于 0
if [ "$num" -eq 0 ]; then
    echo "Nginx process is not running. Attempting to stop keepalived."

    # 尝试杀死所有 keepalived 进程
    killall keepalived

    # 检查 killall 命令是否执行成功
    if [ $? -eq 0 ]; then
        echo "Successfully stopped keepalived."
    else
        echo "Failed to stop keepalived. Please check permissions or if keepalived is running."
    fi
else
    echo "Nginx is running with $num processes."
fi
    • 为脚本文件设置权限
    chmod 755 /etc/keepalived/ck_nginx.sh
    • 配置文件添加vrrp_script，下面的vrrp_instance中加上track_script
    vrrp_script ck_nginx {
   script "/etc/keepalived/ck_nginx.sh" # 执行脚本的位置
   interval 2		# 执行脚本的周期，秒为单位
   weight -20		# 权重的计算方式
}
vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface ens33
    virtual_router_id 10
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.200.111
    }
    track_script {
      ck_nginx
    }
}
    • 配置文件修改完成后重新启动keepalived，把nginx关闭，再看keepalived，已经自动关闭
    [root@localhost keepalived]# cd /usr/local/sbin
[root@localhost sbin]# ps -ef|grep nginx
root      88865      1  0 21:47 ?        00:00:00 nginx: master process nginx
nobody    88866  88865  0 21:47 ?        00:00:00 nginx: worker process
root      88907   2085  0 21:47 pts/0    00:00:00 grep --color=auto nginx
[root@localhost sbin]# ps -ef|grep keepalived
root      86830      1  0 21:45 ?        00:00:00 ./keepalived
root      86831  86830  0 21:45 ?        00:00:00 ./keepalived
root      86832  86830  0 21:45 ?        00:00:00 ./keepalived
root      89054   2085  0 21:47 pts/0    00:00:00 grep --color=auto keepalived
[root@localhost sbin]# kill -9 86830
[root@localhost sbin]# ps -ef|grep keepalived
root      89378   2085  0 21:47 pts/0    00:00:00 grep --color=auto keepalived
[root@localhost sbin]# ./keepalived
[root@localhost sbin]# ps -ef|grep keepalived
root      89465      1  0 21:48 ?        00:00:00 ./keepalived
root      89466  89465  0 21:48 ?        00:00:00 ./keepalived
root      89467  89465  0 21:48 ?        00:00:00 ./keepalived
root      89543   2085  0 21:48 pts/0    00:00:00 grep --color=auto keepalived
[root@localhost sbin]# nginx -s stop
[root@localhost sbin]# ps -ef|grep keepalived
root      89819   2085  0 21:48 pts/0    00:00:00 grep --color=auto keepalived
    • MASTER转移到服务器B
    # 服务器A	
[root@localhost sbin]# ip a
2: ens33: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:1d:94:ff brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.119.164/24 brd 192.168.119.255 scope global noprefixroute ens33
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::7f3d:1c1c:b384:df37/64 scope link noprefixroute 
       valid_lft forever preferred_lft forever

# 服务器B
[root@localhost keepalived]# ip a
2: ens33: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:75:69:c4 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.119.165/24 brd 192.168.119.255 scope global noprefixroute ens33
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