Loadbalance with Keepalived Nginx

Introduction

• การทำ High availbility จะต้องมีส่วนประกอบที่สามารถเปลี่ยนเส้นทางงานและจะต้องมีกลไกในการตรวจสอบความล้มเหลวและการเปลี่ยนระบบหากตรวจพบการหยุดชะงัก โดยจะใช้ระบบของ Keepalived
• Keepalived ทำหน้าที่ในการตรวจสอบสถานะของเครื่อง เมื่อเกิดการ Failover ระบบจะเปลี่ยนเส้นทางไปยังอีกระบบหนึ่งที่สแตนบายอยู่โดยอัตโนมัติ เมื่อตัวหลักหยุดทำงาน Floating IP จะย้ายไปยังตัวที่สองโดยอัตโนมัติเพื่อให้บริการต่อ โดยใช้โปรโตคอล VRRP (Virtual Router Redundancy Protocol)

• การตั้งค่า Priority เป็นตัวกำหนดว่าจะให้เครื่องไหนเป็น Master หรือ Backup

- MASTER-MASTER คือ มีค่า Priority เท่ากัน เมื่อเครื่องที่ 1 พังจะย้ายไปเครื่องที่ 2 และเมื่อเครื่องที่ 1 ดีการทำงานก็จะยังคงอยู่ที่เครื่องที่ 2

- MASTER-BACKUP คือ มีค่า Priority ต่างกัน เมื่อเครื่องที่ 1 พังจะย้ายไปเครื่องที่ 2 และเมื่อเครื่องที่ 1 ดีการทำงานก็จะย้ายไปเครื่องที่ 1 แทน

Lab setup

ในการทำแลปนี้จะเป็นการทำแบบ MASTER-MASTER และเมื่อเครื่องที่ 1 ขัดข้องระบบก็จะเปลี่ยนไปใช้เครื่องที่ 2 แทน โดยมีอีกส่วนทีให้เช็คค่าด้วยคือ เมื่อระบบยังดีแต่ nginx ล่มหรือขัดข้องให้ทำการเปลี่ยนเครื่องด้วยเหมือนนัน

Network Scenario

1. Server 1 : 10.0.0.1
2. Server 2 : 10.0.0.2
3. Virtual IP : 10.0.0.3

Step 1 - Install Packages

$ sudo apt-get install haproxy
$ sudo apt-get install keepalived
$ sudo apt-get install nginx

Step 2 - Setup Nginx TCP Balancing

ทำการแก้ไขไฟล์ nginx configuration ใน /etc/nginx/nginx.conf ของเครื่อง server ทั้งสองให้เหมือนกัน

$ sudo vi /etc/nginx/nginx.conf

stream {
        upstream ubuntu {
                server 10.0.0.10:80;
                server 10.0.0.11:80;
        }
        server {
                listen 80;
                proxy_pass ubuntu;
        }
}

กำหนดค่าให้เริ่มทำงานอัตโนมัติเมื่อระบบรีบูต

$ sudo systemctl enable nginx

ทำการรีสตาร์ท nginx เพื่อให้ค่า config ล่าสุดทำงาน

$ sudo service nginx restart

ทดสอบการทำงาน Loadbalance ของ Nginx โดยเข้าผ่าน Virtual IP (10.0.0.3)
หรือใช้คำสั่ง (Shell) $ while true; do (date +%r); curl 10.0.0.1; sleep 1; done

Step 4 - Setup Keepalived

ทำการแก้ไขไฟล์ keepalived configuration ใน /etc/keepalived/keepalived.conf ของเครื่อง server

$ sudo vi /etc/keepalived/keepalived.conf

• อัพเดทค่าที่ไฮไลท์ด้วยระบบของคุณ

Server 1

vrrp_script chk_nginx {
    script "/usr/bin/killall -0 nginx"
    interval 2
}

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface ens3
    virtual_router_id 101
    priority 110
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    unicast_src_ip 10.0.0.1
    unicast_peer {
        10.0.0.2
    }
    virtual_ipaddress {
        10.0.0.1
    }
    track_script {
        chk_nginx
    }
}

Server 2

vrrp_script chk_nginx {
    script "/usr/bin/killall -0 nginx"
    interval 2
}

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface ens3
    virtual_router_id 101
    priority 110
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    unicast_src_ip 10.0.0.2
    unicast_peer {
        10.0.0.1
    }
    virtual_ipaddress {
        10.0.0.3
    }
    track_script {
        chk_nginx
    }
}

กำหนดค่าให้เริ่มทำงานอัตโนมัติเมื่อระบบรีบูต

$ sudo systemctl enable keepalived

ทำการรีสตาร์ท keepalived เพื่อให้ค่า config ล่าสุดทำงาน

$ sudo service keepalived restart

เพิ่มเติม  : ส่วนกำหนดเงื่อนไขเมื่อ nginx หรือ haproxy เกิดขัดข้องให้ทำการเปลี่ยนเส้นทางการทำงานไปยังอีกเครื่อง

vrrp_script chk_haproxy {
    script "killall -0 haproxy"
    interval 2
    weight 2
}

vrrp_script chk_nginx {
    script "/usr/bin/killall -0 nginx"
    interval 2
}

    track_script {
        chk_haproxy
        chk_nginx
    }

อ้างอิง

https://www.nginx.com/blog/tcp-load-balancing-udp-load-balancing-nginx-tips-tricks/
https://tecadmin.net/setup-ip-failover-on-ubuntu-with-keepalived/
https://medium.com/@xmikex83/how-to-setup-an-highly-available-load-balancer-with-keepalived-and-haproxy-on-ubuntu-18-04-8bab7b77f715
https://dasunhegoda.com/how-to-setup-haproxy-with-keepalived/833/

ผลการทดสอบ

ตรวจสอบการทำงานจากคำสั่ง

$ tail -f /var/log/syslog

1. ทดสอบโดยการหยุดการใช้งาน Nginx เครื่องที่ 2 (ขณะนี้เครื่องที่ 2 เป็น MASTER State)
เครื่องที่ 2

$ sudo service nginx top

สังเกตุเห็นได้ว่าเมื่อ Nginx พังลง เครื่องที่ 1 ก็ทำการขึ้นเป็น MASTER แทน

2. ทดสอบปิดเครื่องที่ยังเป็น MASTER อยู่
เครื่องที่ 1

& sudo poweroff

เมื่อทำการปิดเครื่องที่ 1 เครื่องที่ 2 ก็ทำการขึ้นเป็น MASTER แทน