一.体系架构

在Keepalived + Nginx高可用负载均衡架构中,keepalived负责实现High-availability (HA) 功能控制前端机VIP(虚拟网络地址),当有设备发生故障时,热备服务器可以瞬间将VIP自动切换过来,实际运行中体验只有2秒钟切换时间,DNS服务可以负责前端VIP的负载均衡。
nginx负责控制后端web服务器的负载均衡,将客户端的请求按照一定的算法转发给后端Real Server处理,而Real Server将响应直接返回给客户端。
Centos 7部署docker+nginx+keepalived实现高可用web集群

二.简单原理

NGINX_MASTER、NGINX_BACKUP两台服务器均通过keepalived软件把ens32网卡绑上一个虚拟IP(VIP)地址192.168.2.242,此VIP当前由谁承载着服务就绑定在谁的ens32上,当NGINX_MASTER发生故障时,NGINX_BACKUP会通过/etc/keepalived/keepalived.conf文件中设置的心跳时间advert_int 1检查,无法获取NGINX_MASTER正常状态的话,NGINX_BACKUP会瞬间绑定VIP来接替nginx_master的工作,当NGINX_MASTER恢复后keepalived会通过priority参数判断优先权将虚拟VIP地址192.168.2.242重新绑定给NGINX_MASTER的ens32网卡。
使用此方案的优越性
1.实现了可弹性化的架构,在压力增大的时候可以临时添加web服务器添加到这个架构里面去;
2.upstream具有负载均衡能力,可以自动判断后端的机器,并且自动踢出不能正常提供服务的机器;
3.相对于lvs而言,正则分发和重定向更为灵活。而Keepalvied可保证单个nginx负载均衡器的有效性,避免单点故障;
4.用nginx做负载均衡,无需对后端的机器做任何改动。
5.nginx部署在docker容器里,即大量地节约开发、测试、部署的时间,又可以在出现故障时通过镜像快速恢复业务。

三、系统环境

两台负载机器安装:centos7.5+docker+nginx+keepalived,分别命名为:NGINX_MASTER,NGINX_BACKUP。
后端web服务器,可以是提供web服务的任何架构,分别命名为:WEB_1,WEB_2。
后端数据库机器可任意架构,只要能提供数据库服务即可。

服务器 操作系统 IP地址 安装软件
NGINX_MASTER Centos 7.5 64位 192.168.2.228 docker+nginx+keepalived
NGINX_BACKUP Centos 7.5 64位 192.168.2.229 docker+nginx+keepalived
WEB_1 Centos 7.5 64位 192.168.2.226 docker+apache+php
WEB_2 Centos 7.5 64位 192.168.2.227 docker+apache+php
数据库集群 Centos 7.5 64位 mysql集群

四、web服务器部署

web服务器我这里用的是LAMP架构,具体的安装部署请参考我的另一篇博文《Centos 7使用docker部署LAMP搭建wordpress博客系统》,http://blog.51cto.com/andyxu/2177116

五、安装配置nginx

分别在NGINX_MASTER、NGINX_BACKUP两台服务器上操作
1、部署docker环境
(1)安装docker
注:安装的是docker社区版本

yum install -y yum-utils device-mapper-persistent-data lvm2
yum-config-manager --add-repo http://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo
yum makecache fast
yum -y install docker-ce

(2)修改配置文件,添加私有仓库地址和阿里云镜像地址,并指定docker数据存储目录

mkdir -p /data/docker
mkdir -p /etc/docker
vim /etc/docker/daemon.json
{
  "registry-mirrors": ["https://registry.docker-cn.com"], "graph": "/data/docker",
  "insecure-registries": ["192.168.2.225:5000"]
}

(3)启动docker,并加入开机启动

systemctl start docker
systemctl enable docker

2、配置nginx容器
(1)下载nginx镜像
docker pull nginx
(2)复制nginx主配置文件到本地

mkdir -p /data/docker/nginx/conf
docker run --name tmp-nginx-container -d nginx:latest
docker cp tmp-nginx-container:/etc/nginx/nginx.conf /data/docker/nginx/conf/
docker rm -f tmp-nginx-container

(4)创建运行nginx镜像的脚本
vim docker_nginx.sh

#!/bin/bash
docker run --name nginx --restart=always -p 80:80 \
    -v /data/docker/nginx/conf/nginx.conf:/etc/nginx/nginx.conf:ro \
    -v /data/docker/nginx/conf/conf.d:/etc/nginx/conf.d \
    -v /data/docker/nginx/html:/usr/share/nginx/html \
    -v /data/docker/nginx/logs:/var/log/nginx \
    -d nginx:latest

注:--restart=always是重启策略,当docker服务重启后,容器也会自动启动
(5)启动nginx容器
sh docker_nginx.sh
(6)修改nginx主配置文件
vim /data/docker/nginx/conf/nginx.conf

user  nginx;
worker_processes  4;   #工作进程数,为CPU的核心数或者两倍

error_log  /var/log/nginx/error.log warn;
pid        /var/run/nginx.pid;

events {
    use epoll;   #Linux最常用支持大并发的事件触发机制
    worker_connections  65535;
}

http {
    include       /etc/nginx/mime.types;   #设定mime类型,类型由mime.type文件定义
    default_type  application/octet-stream;

    log_format  main  '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
                      '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
                      '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';

    access_log  /var/log/nginx/access.log  main;

    sendfile        on;
    #tcp_nopush     on;

    keepalive_timeout  120;

    #gzip  on;
    limit_conn_zone $binary_remote_addr zone=perip:10m;   #添加limit_zone,限制同一IP并发数
    include /etc/nginx/conf.d/*.conf;   #包含nginx虚拟主机配置文件目录
}

(7)创建upstream配置文件
vim /data/docker/nginx/conf/conf.d/myhost.conf

upstream xuad {
  ip_hash;  #会话保持
  server 192.168.2.226  max_fails=1 fail_timeout=60s;
  server 192.168.2.227  max_fails=1 fail_timeout=60s;
}

(8)创建虚拟主机配置文件
vim /data/docker/nginx/conf/conf.d/xuad.conf

server {
        listen       80; 
        server_name  localhost; 
        #charset GB2312; 

        location / 
        { 
              proxy_redirect off; 
              proxy_set_header        Host $host; 
              proxy_set_header        X-Real-IP $remote_addr;
              proxy_set_header        X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for; 
              proxy_pass http://xuad;
        } 

# 查看nginx的并发连接数配置
        location /NginxStatus
        {
             stub_status             on;
             access_log              off;
             auth_basic              "NginxStatus";
        }

        access_log  off;
        error_page 404  /404.html;
        error_page   500 502 503 504 /404.html;
        location = /404.html {
            root   html;
        }
        limit_conn perip 200;   #同一ip并发数为200,超过会返回503
}

(9)重启nginx容器
docker restart nginx

六、安装配置keepalived

分别在NGINX_MASTER、NGINX_BACKUP两台服务器上操作
1、下载并安装keepalived
注:keepalived安装在实体机上

yum install wget make gcc gcc-c++ openssl-devel
wget http://www.keepalived.org/software/keepalived-2.0.7.tar.gz
tar zxvf keepalived-2.0.7.tar.gz
cd keepalived-2.0.7
./configure --prefix=/data/keepalived

如果报以下警告:
*** WARNING - this build will not support IPVS with IPv6. Please install libnl/libnl-3 dev libraries to support IPv6 with IPVS.

不用担心,我们只需要用到VRRP功能,不需要用IPVS功能,所以请确保以下三项是yes就行了。
Use VRRP Framework : Yes
Use VRRP VMAC : Yes
Use VRRP authentication : Yes

make
make install

2、将keepalived 以服务方式启动

mkdir /etc/keepalived
cp /data/keepalived/etc/keepalived/keepalived.conf /etc/keepalived/
systemctl enable keepalived

3、修改keepalived配置文件
vim /etc/keepalived/keepalived.conf

! Configuration File for keepalived

global_defs {
   notification_email {
     xuad@xuad.com
   }
   notification_email_from root@xuad.com
   smtp_server mail.xuad.com
   smtp_connect_timeout 30
   router_id LVS_DEVEL
   vrrp_skip_check_adv_addr
   vrrp_strict
   vrrp_garp_interval 0
   vrrp_gna_interval 0
}

vrrp_script chk_nginx {
    script "/etc/keepalived/nginx_pid.sh"   # 检查nginx状态的脚本
    interval 2
    weight 3
}

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER     #备份服务器上将MASTER改为BACKUP
    interface ens32
    virtual_router_id 51
    priority 100       #备份服务上将100改为小于100,可配置成90
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.2.242    #有多个vip可在下面继续增加
    }
    track_script {
        chk_nginx
    }
}

4、添加检查nginx状态的脚本
vim /etc/keepalived/nginx_pid.sh

#!/bin/bash
#version 0.0.1
#
A=`ps -C nginx --no-header |wc -l`
if [ $A -eq 0 ];then
     systemctl restart docker
      sleep 3
            if [ `ps -C nginx --no-header |wc -l` -eq 0 ];then
                  systemctl stop keepalived
fi 
fi

脚本说明:当nginx进程不存在时,会自动重启docker服务,docker服务启动时会自动启动nginx容器;再次检查nginx进程,如果不存在,就停止keepalived服务,然后NGINX_BACKUP主机会自动接替NGINX_MASTER的工作。
chmod +x /etc/keepalived/nginx_pid.sh
5、配置firewalld防火墙允许vrrp协议
VRRP(Virtual Router Redundancy Protocol,虚拟路由器冗余协议)

firewall-cmd --permanent --add-rich-rule="rule family="ipv4" source address="192.168.2.229" protocol value="vrrp" accept"
firewall-cmd --reload

如果是backup服务器,source address改成master服务器的IP
6、启动keepalived
systemctl start keepalived

七、测试

1、当NGINX_MASTER、NGINX_BACKUP服务器nginx均正常工作时
在NGINX_MASTER上:
Centos 7部署docker+nginx+keepalived实现高可用web集群
在NGINX_BACKUP上:
Centos 7部署docker+nginx+keepalived实现高可用web集群
master服务器ens32网卡正常绑定VIP,而backup却没有绑定,通过浏览器可正常访问网站。
2、关闭NGINX_MASTER的nginx容器
Centos 7部署docker+nginx+keepalived实现高可用web集群
当nginx容器停止后,马上就又启起来了,nginx启动脚本没问题
3、关闭NGINX_MASTER的keepalived服务
在NGINX_MASTER上:
Centos 7部署docker+nginx+keepalived实现高可用web集群
在NGINX_BACKUP上:
Centos 7部署docker+nginx+keepalived实现高可用web集群
NGINX_BACKUP的ens32网卡已瞬间绑定VIP,通过浏览器访问网站正常。
4、将NGINX_MASTER的keepalived服务启动
在NGINX_MASTER上:
Centos 7部署docker+nginx+keepalived实现高可用web集群
在NGINX_BACKUP上:
Centos 7部署docker+nginx+keepalived实现高可用web集群
NGINX_MASTER的ens32网卡重新绑定VIP,通过浏览器访问网站正常。
5、关闭WEB_1服务器,通过浏览器访问网站正常。

附1:配置时间同步

1、在NGINX_MASTER和NGINX_BACKUP上安装ntp
yum -y install ntp
2、在NGINX_MASTER上修改ntp配置文件
添加以下两行

server 127.127.1.0 iburst  local clock   #添加使用本地时间
restrict 192.168.2.0 mask 255.255.255.0 nomodify   #允许更新的IP地址段

3、在NGINX_MASTER上启动ntp服务,并加入开机启动

systemctl start ntpd
systemctl enable ntpd

4、在NGINX_MASTER上添加防火墙策略
只允许192.168.2.229访问ntp服务

firewall-cmd --permanent --add-rich-rule="rule family="ipv4" source address="192.168.2.229" port protocol="udp" port="123" accept"
firewall-cmd --reload

5、在NGINX_BACKUP上同步NGINX_MASTER的时间
ntpdate 192.168.2.228
Centos 7部署docker+nginx+keepalived实现高可用web集群
6、在NGINX_BACKUP上设置计划任务,每天凌晨5点01分同步时间

crontab -e
1 5 * * * /usr/sbin/ntpdate 192.168.2.228 >> /var/log/upClock.log