Day 7 - 高可用与负载均衡（上）

目录

• 前言
• 一、LVS负载均衡
• 二、LVS-NAT 模式搭建
• 三、keepalived高可用
• 四、7层负载均衡
• 总结

前言

在当今高并发的互联网服务架构中，单台服务器往往难以承受巨大的访问压力，且存在单点故障的风险。负载均衡技术应运而生，它通过将网络请求分发到多台后端服务器，不仅提升了系统的整体处理能力，也增强了服务的可用性和可靠性。

Linux Virtual Server (LVS) 作为一款成熟、高性能的四层（传输层）负载均衡解决方案，凭借其接近线性的扩展能力和极低的资源开销，在大型网站和关键业务系统中得到了广泛应用。它工作在 Linux 内核空间，通过 IPVS (IP Virtual Server) 模块实现，支持 NAT、DR、TUN 等多种工作模式，能够满足不同网络环境下的部署需求。

然而，仅靠 LVS 实现负载均衡还不够。在实际生产环境中，我们还需要考虑调度器自身的高可用性，避免其成为新的单点故障。Keepalived 正是解决这一问题的利器，它基于 VRRP 协议，可以实现主备调度器的自动故障切换，确保服务持续可用。

此外，对于需要基于 HTTP 头部、URL 路径等应用层信息进行更精细路由的场景，七层负载均衡器（如 HAProxy）则能提供 LVS 所不具备的灵活性和功能。

本文将带领大家从零开始，一步步搭建一个完整的负载均衡与高可用实验环境。我们将涵盖：

一、LVS负载均衡

server2 安装网页服务

yum install -y httpd

server2 启动网页并写入内容

systemctl start httpd
echo server2 > /var/www/html/index.html
systemctl enable httpd

server2 添加VIP

ip a a 192.168.48.100/24 dev eth0

server2 安装arptables

yum install -y arptables

server2 添加arptables规则

arptables -A INPUT -d 192.168.48.100 -j DROP
arptables -A OUTPUT -s 192.168.48.100 -j mangle –mangle-ip-s 192.168.48.144

server2 保存arptables规则

arptables-save > /etc/sysconfig/arptables

server2 设置arptables开机自启

systemctl enable arptables

server3 安装网页服务

yum install -y httpd

server3 启动并写入网页内容

systemctl enable –now httpd
echo server3 > /var/www/html/index.html

server3 添加VIP

ip a a 192.168.48.100/24 dev eth0

server3 安装arptables

yum install -y arptables

server3 添加arptables规则

arptables -A INPUT -d 192.168.48.100 -j DROP
arptables -A OUTPUT -s 192.168.48.100 -j mangle –mangle-ip-s 192.168.48.142

server3 保存arptables规则

arptables-save > /etc/sysconfig/arptables

server3 设置arptables开机自启

systemctl enable arptables

server1安装ipvsadm

yum install -y ipvsadm

server1 添加VIP

ip addr add 192.168.48.100/24 dev eth0

server1 添加虚拟服务

ipvsadm -A -t 192.168.48.100:80 -s rr

server1 添加真实服务器 server2、server3

ipvsadm -a -t 192.168.48.100:80 -r 192.168.48.144:80 -g
ipvsadm -a -t 192.168.48.100:80 -r 192.168.48.142:80 -g

server1 查看LVS配置

ipvsadm -ln

server1 保存LVS配置

ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm

在server4执行命令

for i in {1..10}; do curl 192.168.48.100; done

也可以在 server1 上查看调度统计：

ipvsadm -ln

二、LVS-NAT 模式搭建

给server1的虚拟机添加一块网卡ens33

新设置的网卡所属网段：192.168.159.0/24 将server4网络适配器修改为仅主机模式 修改为dhcp 保留192.168.159.0/24网段，保证测试机只能访问调度器的外部网卡 打开server1路由功能

vim /etc/sysctl.d/lvs.conf

net.ipv4.ip_forward=1

sysctl –system

将VIP192.168.48.100/24摘掉

ip addr del 192.168.48.100/24 dev ens32

修改网关，使网关指向192.168.48.132，确保RS的数据包正确回归到VS上

ipvsadm -ln
ipvsadm -C

ipvsadm -A -t 192.168.159.128:80 -s rr

# 添加后端RealServer1 server2，-m代表NAT转发模式
ipvsadm -a -t 192.168.159.128:80 -r 192.168.48.144:80 -m
# 添加后端RealServer2 server3
ipvsadm -a -t 192.168.159.128:80 -r 192.168.48.142:80 -m
# 查看完整规则确认
ipvsadm -ln

删除旧网关

ip r d default via 192.168.48.2

添加调度器 IP 作为新的默认网关（LVS-NAT 核心）

ip route add default via 192.168.48.132 dev ens32

核对路由是否修改成功

ip r

server3 也要照抄这套操作

# 删除旧网关
ip r d default via 192.168.48.2
# 指向调度器
ip route add default via 192.168.48.132 dev ens32
# 核对
ip r

在server4上测试配置

三、keepalived高可用

问题：

• 某台RealServer down了，怎么办？
• LVS本身down了，怎么办？

将server4网络适配器还原NAT模式，移除server1的第二块网卡，回归原先DR模式 Q1： 添加健康检测

Q2： 模拟调度器坏掉 现在使用server4做主备（一般不推荐，此处实验环境机器有限）

整体规划

• 主调度器：server1 192.168.48.132
• 备调度器：server4 192.168.48.143（原本的客户端，现在兼任备 VS）
• VIP：192.168.48.100
• 后端 RS：server2 192.168.48.144、server3 192.168.48.142
• 两台 RS 的 ARP 抑制、lo:0 绑定 VIP、网关192.168.48.2配置保持不变

1.主 server1、备 server4 都安装 Keepalived、 ipvsadm

yum install -y keepalived ipvsadm

此处删掉server1的VIP，VIP 完全交给 Keepalived 自动管理： 1.两台调度器（server1、server4）安装 Keepalived，按之前给的配置文件编写eepalived.conf 2.启动 Keepalived 后，主节点会自动把 VIP 绑定到 ens32，备节点平时不生成 VIP 3.主节点故障时，备节点自动接管 VIP，不需要人工执行ip addr增减命令 安装邮件工具

yum install -y mailx

2.主节点 server1 配置

编辑配置文件

vim /etc/keepalived/keepalived.conf

! Configuration File for keepalived

global_defs {
notification_email {
root@localhost
}
notification_email_from keepalived@localhost
smtp_server 127.0.0.1
smtp_connect_timeout 30
router_id LVS_DEVEL
vrrp_skip_check_adv_addr
#vrrp_strict
vrrp_garp_interval 0
vrrp_gna_interval 0
}

vrrp_instance VI_1 {
state MASTER
interface ens32
virtual_router_id 51
priority 100
advert_int 1
authentication {
auth_type PASS
auth_pass 1111
}
virtual_ipaddress {
192.168.48.100
}
}

virtual_server 192.168.48.100 80 {
delay_loop 3
lb_algo rr
lb_kind DR
protocol TCP

real_server 192.168.48.144 80 {
weight 1
TCP_CHECK {
connect_timeout 3
retry 3
delay_before_retry 3
}
}

real_server 192.168.48.142 80 {
weight 1
TCP_CHECK {
connect_timeout 3
retry 3
delay_before_retry 3
}
}
}

启动服务

systemctl start keepalived

执行下面命令文件会完整传到备机 server4，但复制完不能直接启动，要改配置。

scp /etc/keepalived/keepalived.conf server4:/etc/keepalived/

修改 ：state + priority

```bash
# 主机是MASTER、优先级100
state BACKUP
priority 50

备机重启加载配置

systemctl restart keepalived

测试：

Keepalived 由 核心组件 和 配置文件 两部分组成，配置决定其行为逻辑。 核心组件 ● vrrp_instance：VRRP 实例，是 Keepalived 配置的核心单元，一个实例对应一个 VIP 及一组主备节点（如 VI_1 实例管理 VIP 192.168.36.200）。 ● Global_defs：全局配置，定义集群标识（如 router_id）、邮件通知（故障时发告警邮件）等基础参数。 ● Track_script：健康检查脚本，用于检测主节点上 “核心业务服务”（如 Nginx、LVS）是否存活。若服务挂了，即使主节点本身存活，也会主动释放 VIP，触发切换（避免 “主节点存活但服务不可用” 的问题）。

四、7层负载均衡

停止 Keepalived（server1 和 server4）

systemctl stop keepalived

server1 安装 HAProxy

yum install -y haproxy

创建 HAProxy 配置文件

vim /etc/haproxy/haproxy.cfg

注释这些内容

frontend main *:80
mode http
default_backend app

backend app
balance roundrobin
server server2 192.168.48.144:80 check
server server3 192.168.48.142:80 check

启动 HAProxy

systemctl start haproxy

HAProxy是单线程

总结

通过本篇教程的实践，我们系统地完成了从四层到七层、从基础负载均衡到高可用集群的完整搭建与验证。让我们回顾一下核心要点与收获：

1. 技术栈演进与对比

• LVS (DR/NAT 模式)：作为四层负载均衡的标杆，其核心优势在于高性能与低延迟。DR 模式通过数据链路层改写 MAC 地址，让 Real Server 直接响应客户端，是追求极致性能场景的首选。NAT 模式则更灵活，支持 Real Server 与客户端在不同网段，但调度器会成为双向流量的瓶颈。
• Keepalived：解决了 LVS 调度器自身的单点故障问题。它通过 VRRP 协议实现主备节点的 VIP 漂移和健康检查，当主节点故障时，备节点能在秒级内自动接管，保障服务不间断，是构建高可用集群的基石。
• HAProxy：作为七层负载均衡的代表，它提供了应用层（HTTP）的智能路由能力。可以根据 URL、Cookie、Header 等信息进行精细化的流量分发，适用于需要会话保持、动静分离、SSL 卸载等复杂策略的场景。

2. 关键配置与原理

• ARP 抑制：在 LVS-DR 模式中，这是避免多台 Real Server 响应 VIP ARP 请求、导致 IP 冲突的关键配置。
• 网关指向：在 LVS-NAT 模式中，Real Server 的默认网关必须指向调度器的 DIP，这是实现地址转换和回包路由的基础。
• 健康检查：无论是 Keepalived 对 Real Server 的 TCP_CHECK，还是 HAProxy 后端的 check 参数，都实现了对后端服务可用性的自动感知，这是实现负载均衡“高可用”而非“高故障”的核心。

3. 生产环境建议

• 模式选择：内部服务、同机房且对性能要求极高，优先选择 LVS-DR + Keepalived。需要跨网段或 Real Server 无需暴露公网 IP 时，可考虑 LVS-NAT。对于 Web 应用，需要基于域名、路径做路由时，HAProxy 或 Nginx 是更合适的选择。
• 监控与告警：搭建完成只是第一步，必须配套完善的监控（如监控 VIP 状态、连接数、后端节点健康状态）和告警机制。
• 灰度与演练：任何配置变更都应先在测试环境验证。定期进行故障切换演练，确保高可用机制在真实故障时能如期生效。

负载均衡与高可用是构建现代分布式系统的必备技能。希望本教程能成为您探索更广阔架构世界的一块坚实垫脚石。下一步，您可以尝试将这套体系与容器编排（如 Kubernetes）、服务网格（如 Istio）等云原生技术结合，构建更具弹性与韧性的下一代应用架构。