搭建 Keepalived + Nginx + Tomcat 的高可用负载均衡架构

1、概述

初期的互联网企业由于业务量较小,所以一般单机部署,实现单点访问即可满足业务的需求,这也是最简单的部署方式,但是随着业务的不断扩大,系统的访问量逐渐的上升,单机部署的模式已无法承载现有的业务量,需要进行服务集群化部署,本文主要介绍服务端 Tomcat 多实例部署,以及如何保证 web 服务的高可用方案。

  • Nginx 是一个高性能的 HTTP 反向代理服务器
  • Keepalived 是一个基于 VRRP 协议来实现的 LVS 服务高可用方案,可以利用其来避免服务的单点故障
  • Tomcat 是一个免费的开放源代码的 Web 应用服务器,属于轻量级应用服务器。

2、Nginx 的高可用负载均衡架构

如下图:为典型的 Tomcat 服务多实例部署的架构图

搭建 Keepalived + Nginx + Tomcat 的高可用负载均衡架构

  1. 用户通过域名请求到 DNS,由 DNS 解析域名后返回对应的 IP 地址,该 IP 及为 Keepalived 映射服务器的虚拟 IP
  2. 通过该虚拟 IP 访问到对应的负载均衡器(Nginx),这里 Nginx 部署两个,然后通过 Keepalived 来保证 NG 的高可用,正常情况下由 Keepalived-M 将虚拟 IP 映射转发至 Nginx-M,如果 Nginx-M 出现故障,此时 Keepalived 会切换至 Keepalived-S 开始工作,从而保证了 NG 的单点故障问题。
  3. 通过 Nginx 负载均衡器,将请求路由到对应的 Tomcat 服务。

3、搭建 Keepalived + Nginx + Tomcat 的高可用负载均衡架构

3.1 需要准备的软件

(1)apache-tomcat-8.5.16.tar.gz

(2)nginx-1.12.2.tar.gz

(3)keepalived-1.3.9.tar.gz

3.2 服务器准备

两台服务器如:192.168.10.11,192.168.10.12

3.3 安装需要的依赖包

yum -y install gcc gcc-c++ automake pcre pcre-devel zlib zlib-devel open openssl-devel

3.4 安装

3.4.1 安装 Tomcat

(1)分别在两台服务器中安装 Tomcat,解压 apache-tomcat-8.5.16.tar.gz 及可完成安装。

3.4.2 安装 Nginx

(1)解压安装包:tar -zxvf nginx-1.12.2.tar.gz

(2)进入到 nginx-1.12.2 目录:cd nginx-1.12.2

(3)编译:

./configure --with-http_stub_status_module --with-http_ssl_module  --prefix=/usr/local/nginx
make && sudo make install

3.4.3 安装 Keepalived

(1)解压安装包:tar -zxvf keepalived-1.3.9.tar.gz

(2)进入到 keepalived-1.3.9 目录:cd keepalived-1.3.9

(3)执行编译:

./configure --prefix=/usr/local/keepalived --sysconf=/etc
make && sudo make install

3.5 配置

3.5.1 分别配置两台服务器的 Nginx

(1)分别修改两台服务器 nginx 配置文件,vi /usr/local/nginx/conf/nginx.conf

(2)内容如下:

#nginx进程数
worker_processes  1;

#单个进程最大连接数
events {
    worker_connections  1024;
}

#http服务器配置
http {
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;
    sendfile        on;
    #长连接超时时间,单位是秒
    keepalive_timeout  65;
    #upstream负载均衡配置,配置路由到tomcat的服务地址以及权重
    upstream localhost{
       server 192.168.10.11:8080 weight=2;
       server 192.168.10.12:8080 weight=2;
    }

    #虚拟主机的配置
    server {
        #监听端口
        listen       80;
         #域名可以有多个,用空格隔开
        server_name  localhost;
        location / {
            root   html;
            index  index.html index.htm;
            #nginx跟后端服务器连接超时时间(代理连接超时)
            proxy_connect_timeout 3;
            #后端服务器数据回传时间(代理发送超时)
            proxy_send_timeout 30;
            #连接成功后,后端服务器响应时间(代理接收超时)
            proxy_read_timeout 30;
            proxy_pass http://localhost;
        }

        error_page   500 502 503 504  /50x.html;
        location = /50x.html {
            root   html;
        }
    }
}

3.5.2 主 Keepalived 配置

(1)修改 11 服务器的 keepalived 配置文件,vi /etc/keepalived/keepalived.conf

(2)内容如下:

! Configuration File for keepalived
#全局配置
global_defs {
   #keepalived切换的时候,发消息到指定的email,可配置多个email
   notification_email {
     feinik1@foxmail.com
     feinik2@foxmail.com
   }
   #通知邮件从哪个地址发出
   notification_email_from feinik@foxmail.com
   #通知邮件的smtp地址
   smtp_server smtp.exmail.qq.com
   #连接smtp服务器的超时时间,单位秒
   smtp_connect_timeout 30
   #Keepalived的机器标识,一个网络内保持唯一
   router_id nginx-master
}

#执行脚本配置
vrrp_script chk_nginx {
    #脚本所在路径
    script "/home/project/keepalived/check_nginx.sh"
    #脚本执行间隔时间,秒
    interval 2
    #优先级
    weight 2
}
#keepalived实例配置
vrrp_instance VI_1 {
    #指定实例的初始状态,MASTER或BACKUP两种状态,并且需要大写
    state MASTER
    #实例绑定的网卡
    interface ens33
    #虚拟路由标识,是一个数字,整个VRRP内唯一,如果keepalived配置了主备,需要相同
    virtual_router_id 51
    #优先级,数值愈大,优先级越高
    priority 100
    #MASTER与BACKUP之间同步检查的时间间隔,单位为秒
    advert_int 1
    #通信验证
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass feinik
    }
    #追踪外围脚本
    track_script {
        #这里配置vrrp_script的名称
        chk_nginx
    }
    #虚拟ip配置,可配置多个
    virtual_ipaddress {
        192.168.10.200
    }
}

3.5.3 备 Keepalived 配置

(1)修改 12 服务器的 keepalived 配置文件,vi /etc/keepalived/keepalived.conf

(2)内容如下:

! Configuration File for keepalived
#全局配置
global_defs {
   #keepalived切换的时候,发消息到指定的email,可配置多个email
   notification_email {
     feinik1@foxmail.com
     feinik2@foxmail.com
   }
   #通知邮件从哪个地址发出
   notification_email_from feinik@foxmail.com
   #通知邮件的smtp地址
   smtp_server smtp.exmail.qq.com
   #连接smtp服务器的超时时间,单位秒
   smtp_connect_timeout 30
   #Keepalived的机器标识,一个网络内保持唯一
   router_id nginx-master
}

#执行脚本配置
vrrp_script chk_nginx {
    #脚本所在路径
    script "/home/project/keepalived/check_nginx.sh"
    #脚本执行间隔时间,秒
    interval 2
    #优先级
    weight 2
}
#keepalived实例配置
vrrp_instance VI_1 {
    #指定实例的初始状态,MASTER或BACKUP两种状态,并且需要大写
    state BACKUP
    #实例绑定的网卡
    interface ens33
    #虚拟路由标识,是一个数字,整个VRRP内唯一,如果keepalived配置了主备,需要相同
    virtual_router_id 51
    #优先级,数值愈大,优先级越高
    priority 99
    #MASTER与BACKUP之间同步检查的时间间隔,单位为秒
    advert_int 1
    #通信验证
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass feinik
    }
    #追踪外围脚本
    track_script {
        #这里配置vrrp_script的名称
        chk_nginx
    }
    #虚拟ip配置,可配置多个
    virtual_ipaddress {
        192.168.10.200
    }
}

3.5.4 Nginx 状态检查脚本创建

(1)新建 Nginx 的状态检查脚本:check_nginx.sh

(2)内容如下:

#!/bin/sh
NGINX=/usr/common/nginx/sbin/nginx
PORT=80
nmap localhost -p $PORT | grep "$PORT/tcp open"
#echo $?
if [ $? -ne 0 ];then
    $NGINX -s stop
    #这里再次尝试启动NG
    $NGINX
    sleep 5
    nmap localhost -p $PORT | grep "$PORT/tcp open"
    [ $? -ne 0 ] && cd /usr/common/keepalived/sbin && pkill keepalived
    echo "stoped"
fi

4、运行测试

(1)为了更直观的查看到 keepalived 切换的效果,将 11 服务器中的 nginx 的 upstream 服务只配置 11 的 tomcat 服务地址,12 服务器中的 upstream 服务只配置 12 的 tomcat 服务地址,这样只需要观察将 11 服务器中的 nginx 关闭看使用虚拟 ip 是否可以访问到 12 服务器的 tomcat。

(2)分别启动两个服务器中的 tomcat、nginx、keepalived,访问虚拟 ip:192.168.10.200,可以查看到访问的是主 keepalived 服务器的 tomcat

搭建 Keepalived + Nginx + Tomcat 的高可用负载均衡架构

3)关闭 11 服务器的 nginx,nginx -s stop,再次访问虚拟 ip,如下:说明主 keepalived 通过配置的脚本检测到了本服务的 nginx 服务挂掉了,所以立马切换至了备的 keepalived,这时 12 服务器的 keepalived 升为了主,所以就访问到了 12 服务器的 tomcat。

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