从原理到实践：LVS+Keepalived构建高可用负载均衡集群
文章目录
- 从原理到实践：LVS+Keepalived构建高可用负载均衡集群
- 一、为什么需要LVS+Keepalived？
- 二、核心原理：Keepalived与VRRP协议
- 1. VRRP的核心思想
- 2. Keepalived的三大功能
- 三、LVS+Keepalived集群拓扑设计
- 四、实战部署：LVS+Keepalived集群搭建
- 阶段1：环境准备
- 阶段2：配置主从调度器（核心步骤）
- 1. 主调度器配置（192.168.10.73）
- 2. 从调度器配置（192.168.10.74）
- 3. 启动Keepalived服务
- 阶段3：配置Web节点（DR模式必需）
- 五、集群测试与验证
- 1. 负载均衡测试
- 2. 高可用（故障切换）测试
- （1）主调度器故障测试
- （2）Web节点故障测试
- 3. 日志查看
- 六、常见问题与解决方案
- 七、总结
在企业级应用部署中，“单点故障”是悬在运维人员头顶的“达摩克利斯之剑”——单台服务器一旦宕机，服务中断、业务停滞、用户流失等问题便会接踵而至。为解决这一痛点，LVS（Linux Virtual Server）与Keepalived的组合成为了构建高可用负载均衡集群的经典方案。本文将从原理剖析入手，一步步带大家掌握LVS+Keepalived集群的部署与实战技巧。
一、为什么需要LVS+Keepalived？
在传统的单服务器或单纯LVS部署中，存在两大核心隐患：
- 单点故障风险：无论是单独的Web服务器，还是LVS调度器，一旦出现硬件故障或软件崩溃，整个服务链路便会中断。
- 负载与可用性失衡：单纯的LVS能实现负载均衡，但调度器本身没有冗余机制；单纯的双机热备能解决单点问题，却无法分担访问压力。
而LVS+Keepalived的组合恰好弥补了这些不足：
- LVS：作为四层负载均衡器，负责将客户端请求高效分发到后端服务器池，支撑高并发访问。
- Keepalived：基于VRRP协议实现调度器的热备冗余，同时提供节点健康检查，确保集群“零中断”运行。
二、核心原理：Keepalived与VRRP协议
想要用好LVS+Keepalived，首先要理解其核心——VRRP（虚拟路由冗余协议） ，这是Keepalived实现高可用的底层逻辑。
1. VRRP的核心思想
VRRP将多台服务器（或路由器）组成一个“热备组”，通过一个虚拟IP（VIP） 对外提供服务。热备组内有明确的角色分工：
- 主节点（MASTER）：优先级最高的节点，负责处理客户端请求，同时定期向备节点发送“心跳”消息。
- 备节点（BACKUP）：处于待命状态，持续监听主节点的心跳；一旦检测到主节点失效，立即通过优先级选举接替VIP，成为新的主节点。
这种“虚拟IP漂移”机制，能在主节点故障时实现毫秒级切换，对客户端完全透明。
2. Keepalived的三大功能
Keepalived并非只为LVS设计，但其与LVS的适配性堪称完美，核心功能可概括为三点：
- 故障自动切换（Failover）：基于VRRP实现主备调度器的无缝切换，避免调度器单点故障。
- 节点健康检查（Health Checking）：定期检测后端真实服务器（如Web节点）的状态，自动剔除故障节点，待节点恢复后再重新加入集群。
- LVS集群管理：可直接调用ipvsadm工具配置LVS虚拟服务器、管理后端节点，无需手动执行复杂命令。
三、LVS+Keepalived集群拓扑设计
一个标准的LVS+Keepalived集群至少包含以下角色（以Web服务为例），拓扑结构如下：
[Internet] → [外网交换机] → [主调度器（MASTER）/从调度器（BACKUP）] → [内网交换机]↓[Web服务器池（节点1~节点N）] ← [NFS共享存储]
各组件说明：
- 调度器（2台）：主调度器（如192.168.10.73）、从调度器（如192.168.10.74），共享VIP（如192.168.10.72）。
- Web节点（N台）：运行Web服务，通过NFS共享存储保证内容一致性（如节点IP：192.168.10.77~80）。
- NFS服务器（1台）：存储Web站点文件，避免各节点内容不一致问题（如IP：192.168.10.250）。
四、实战部署：LVS+Keepalived集群搭建
以下部署基于CentOS 7系统，假设已配置好基础网络、关闭防火墙（或开放必要端口）及SELinux。
阶段1：环境准备
-
安装依赖工具：所有节点均需安装基础工具，调度器额外安装ipvsadm和Keepalived。
# 所有节点安装基础工具 yum install -y net-tools vim# 主从调度器安装ipvsadm和Keepalived yum install -y ipvsadm keepalived -
配置NFS共享（仅NFS服务器操作）：
# 安装NFS服务 yum install -y nfs-utils rpcbind# 创建共享目录并授权 mkdir -p /var/www/html chmod 777 /var/www/html# 配置exports文件 echo "/var/www/html 192.168.10.0/24(rw,sync,no_root_squash)" >> /etc/exports# 启动服务并设置开机自启 systemctl start rpcbind nfs systemctl enable rpcbind nfs -
挂载NFS到Web节点（所有Web节点操作）：
# 创建Web目录并挂载NFS mkdir -p /var/www/html mount -t nfs 192.168.10.250:/var/www/html /var/www/html# 设置开机自动挂载 echo "192.168.10.250:/var/www/html /var/www/html nfs defaults 0 0" >> /etc/fstab -
部署Web服务（所有Web节点操作）：
# 安装Apache yum install -y httpd# 为每个节点创建差异化测试页面（便于后续验证负载均衡） echo "Web Node 1 (192.168.10.77)" > /var/www/html/index.html # 节点1 echo "Web Node 2 (192.168.10.78)" > /var/www/html/index.html # 节点2 # 其余节点同理# 启动Apache并设置开机自启 systemctl start httpd systemctl enable httpd
阶段2：配置主从调度器（核心步骤）
Keepalived的配置核心是/etc/keepalived/keepalived.conf，主从调度器的配置差异仅在于router_id、state和priority三个参数。
1. 主调度器配置（192.168.10.73）
编辑主配置文件：
vim /etc/keepalived/keepalived.conf
配置内容如下：
! Configuration File for keepalived# 全局参数配置
global_defs {router_id HA_MASTER # 主调度器标识（唯一）
}# VRRP热备实例配置
vrrp_instance VI_1 {state MASTER # 角色：主节点interface ens33 # 承载VIP的物理网卡（根据实际网卡名修改）virtual_router_id 1 # 虚拟路由ID（主从必须一致，范围0-255）priority 100 # 优先级（主节点需高于备节点，如100）advert_int 1 # 心跳间隔（1秒）# 认证配置（主从必须一致）authentication {auth_type PASSauth_pass 123456}# 虚拟IP（VIP）virtual_ipaddress {192.168.10.72/24 # 集群对外服务的VIP}
}# LVS虚拟服务器配置（关联后端Web节点）
virtual_server 192.168.10.72 80 {delay_loop 6 # 健康检查间隔（6秒）lb_algo rr # 负载均衡算法（rr：轮询；wrr：加权轮询；lc：最小连接）lb_kind DR # LVS工作模式（DR：直接路由模式，性能最优）persistence_timeout 50 # 会话保持时间（50秒内同一客户端请求定向到同一节点）protocol TCP # 协议类型# 后端Web节点1配置real_server 192.168.10.77 80 {weight 1 # 权重（数值越大，分配到的请求越多）# 健康检查方式（TCP_CHECK：端口检查）TCP_CHECK {connect_timeout 3 # 连接超时时间（3秒）retry 3 # 重试次数delay_before_retry 3 # 重试间隔}}# 后端Web节点2配置（其余节点同理）real_server 192.168.10.78 80 {weight 1TCP_CHECK {connect_timeout 3retry 3delay_before_retry 3}}
}
2. 从调度器配置（192.168.10.74）
从调度器配置与主调度器基本一致，仅需修改3处参数：
global_defs {router_id HA_BACKUP # 从调度器标识（唯一）
}vrrp_instance VI_1 {state BACKUP # 角色：备节点interface ens33virtual_router_id 1priority 90 # 优先级（低于主节点，如90）advert_int 1authentication {auth_type PASSauth_pass 123456}virtual_ipaddress {192.168.10.72/24}
}# LVS虚拟服务器配置与主调度器完全一致，此处省略
3. 启动Keepalived服务
主从调度器均执行以下命令：
# 启动服务
systemctl start keepalived
# 设置开机自启
systemctl enable keepalived
# 查看服务状态
systemctl status keepalived
阶段3：配置Web节点（DR模式必需）
LVS-DR模式下，Web节点需要绑定VIP到回环网卡，并调整ARP响应参数，避免IP冲突：
- 创建配置脚本：
vim /usr/local/sbin/lvs_dr_real.sh - 脚本内容如下：
#!/bin/bash VIP=192.168.10.72 # 绑定VIP到回环网卡 ifconfig lo:0 $VIP netmask 255.255.255.255 broadcast $VIP up # 添加路由（避免VIP数据包通过物理网卡发送） route add -host $VIP dev lo:0 # 关闭ARP响应（防止节点响应VIP的ARP请求） echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore echo "2" > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore echo "2" > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce - 执行脚本并设置开机自启：
# 赋予执行权限 chmod +x /usr/local/sbin/lvs_dr_real.sh # 执行脚本 sh /usr/local/sbin/lvs_dr_real.sh # 添加到rc.local实现开机自启 echo "/usr/local/sbin/lvs_dr_real.sh" >> /etc/rc.local chmod +x /etc/rc.local
五、集群测试与验证
部署完成后，需从高可用和负载均衡两个维度进行测试，确保集群功能正常。
1. 负载均衡测试
在客户端浏览器中多次访问http://192.168.10.72（VIP），观察页面内容是否在“Web Node 1”“Web Node 2”等节点间轮询切换——若切换，则说明LVS负载均衡生效。
也可通过调度器执行ipvsadm -lnc命令，查看连接记录，验证请求是否分发到各后端节点：
ipvsadm -lnc # 查看当前连接状态
2. 高可用（故障切换）测试
（1）主调度器故障测试
- 在主调度器上禁用网卡（模拟故障）：
ifdown ens33 - 在从调度器上执行
ip addr命令，查看是否已绑定VIP（192.168.10.72）——若绑定，则说明故障切换成功。 - 客户端继续访问
http://192.168.10.72，确认服务是否正常可用。 - 恢复主调度器网卡：
由于主调度器优先级更高，会重新抢占VIP，从调度器将释放VIP。ifup ens33
（2）Web节点故障测试
- 停止某台Web节点的Apache服务（模拟故障）：
systemctl stop httpd - 在调度器上执行
ipvsadm -ln命令，查看该节点是否已被标记为“Inactive”——若标记，则说明健康检查生效，故障节点已被剔除。 - 客户端访问VIP，确认请求是否不再分发到故障节点。
- 恢复Apache服务：
调度器会自动检测到节点恢复，将其重新加入集群。systemctl start httpd
3. 日志查看
Keepalived的故障切换日志默认记录在/var/log/messages中，可通过以下命令查看切换过程：
tail -f /var/log/messages | grep Keepalived # 实时查看Keepalived日志
六、常见问题与解决方案
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VIP无法漂移：
- 检查主从调度器的
virtual_router_id、auth_pass是否一致。 - 确认主调度器优先级是否高于从调度器。
- 检查防火墙是否阻止VRRP协议（VRRP使用224.0.0.18多播地址，需开放）。
- 检查主从调度器的
-
Web节点无法访问VIP：
- 确认Web节点的
lvs_dr_real.sh脚本是否执行成功，lo:0接口是否绑定VIP。 - 检查
arp_ignore和arp_announce参数是否设置正确。
- 确认Web节点的
-
负载均衡失效：
- 确认LVS工作模式（DR）与Web节点配置是否匹配。
- 检查
ipvsadm规则是否正确（可通过ipvsadm -ln查看）。
七、总结
LVS+Keepalived集群通过“LVS负载均衡+Keepalived高可用”的双重保障，完美解决了企业级应用的单点故障和高并发压力问题。其核心在于VRRP协议的虚拟IP漂移机制，以及Keepalived的健康检查能力。
在实际部署中，需注意主从调度器的配置一致性、Web节点的ARP参数调整、日志的实时监控等细节——这些细节直接决定了集群的稳定性。掌握这套方案，能为企业业务的持续运行提供坚实的技术支撑。
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