第110集：负载均衡配置

教学目标

  • 理解负载均衡的基本概念和工作原理
  • 掌握Nginx负载均衡的安装和配置方法
  • 掌握HAProxy负载均衡的安装和配置方法
  • 掌握LVS负载均衡的安装和配置方法
  • 了解其他负载均衡软件的配置方法
  • 能够独立配置和管理负载均衡服务
  • 能够排查负载均衡的常见故障

主要知识点

  • 负载均衡的概念和工作原理
  • Nginx负载均衡的安装和配置
  • HAProxy负载均衡的安装和配置
  • LVS负载均衡的安装和配置
  • 其他负载均衡软件的配置
  • 负载均衡的调度算法
  • 负载均衡的会话保持
  • 负载均衡的健康检查
  • 负载均衡的性能优化
  • 负载均衡的故障排查

核心知识点讲解

负载均衡的概念和工作原理

负载均衡简介

负载均衡是一种将网络流量或计算任务分配到多个服务器的技术，以提高系统的可用性、可靠性和性能。

负载均衡的作用

  • 提高系统可用性：当某个服务器故障时，负载均衡器会自动将流量转移到其他健康的服务器
  • 提高系统可靠性：通过多服务器冗余，减少单点故障的风险
  • 提高系统性能：将流量分散到多个服务器，减轻单个服务器的负载
  • 扩展性：可以根据业务需求灵活添加或移除服务器
  • 灵活性：可以根据不同的业务场景选择不同的负载均衡策略

负载均衡的类型

按网络层次分类
  • 网络层负载均衡（Layer 4）：基于IP地址和端口进行负载均衡，如LVS
  • 应用层负载均衡（Layer 7）：基于应用层协议进行负载均衡，如Nginx、HAProxy
按部署方式分类
  • 硬件负载均衡：专用的负载均衡设备，如F5、Citrix NetScaler
  • 软件负载均衡：基于软件实现的负载均衡，如Nginx、HAProxy、LVS
按负载均衡算法分类
  • 轮询（Round Robin）：按顺序将请求分配给服务器
  • 加权轮询（Weighted Round Robin）：根据服务器权重分配请求
  • 最少连接（Least Connections）：将请求分配给当前连接数最少的服务器
  • 加权最少连接（Weighted Least Connections）：根据服务器权重和连接数分配请求
  • IP哈希（IP Hash）：根据客户端IP地址进行哈希计算，将同一客户端的请求分配给同一服务器
  • URL哈希（URL Hash）：根据请求URL进行哈希计算，将同一URL的请求分配给同一服务器
  • 响应时间（Response Time）：根据服务器响应时间分配请求

负载均衡的工作原理

  1. 客户端请求：客户端向负载均衡器发送请求
  2. 负载均衡决策：负载均衡器根据配置的调度算法选择目标服务器
  3. 转发请求：负载均衡器将请求转发到选定的服务器
  4. 服务器处理：服务器处理请求并生成响应
  5. 返回响应：服务器将响应返回给负载均衡器
  6. 转发响应：负载均衡器将响应转发给客户端

Nginx负载均衡的安装和配置

Nginx简介

Nginx是一种高性能的开源Web服务器和反向代理服务器，也可以作为负载均衡器使用。

Nginx的版本

  • Nginx Open Source：开源版本，免费使用
  • Nginx Plus：商业版本，提供更多功能和支持

安装Nginx

Ubuntu/Debian
# 安装Nginx
apt update
apt install nginx

# 启动Nginx服务并设置自启
systemctl start nginx
systemctl enable nginx

# 查看Nginx服务状态
systemctl status nginx
CentOS/RHEL
# 安装Nginx
yum install nginx

# 启动Nginx服务并设置自启
systemctl start nginx
systemctl enable nginx

# 查看Nginx服务状态
systemctl status nginx
Arch Linux
# 安装Nginx
pacman -S nginx

# 启动Nginx服务并设置自启
systemctl start nginx
systemctl enable nginx

# 查看Nginx服务状态
systemctl status nginx

配置Nginx负载均衡

基本配置

  1. 创建负载均衡配置文件：

    # Ubuntu/Debian
vim /etc/nginx/conf.d/load-balancer.conf

# CentOS/RHEL
vim /etc/nginx/conf.d/load-balancer.conf

# Arch Linux
vim /etc/nginx/conf.d/load-balancer.conf

  2. 添加负载均衡配置：

    upstream backend {
    server backend1:8080;
    server backend2:8080;
    server backend3:8080;
}

server {
    listen 80;
    server_name example.com;

    location / {
        proxy_pass http://backend;
        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_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;
    }
}

  3. 重启Nginx服务：

    systemctl restart nginx
调度算法配置

  1. 轮询：

    upstream backend {
    server backend1:8080;
    server backend2:8080;
    server backend3:8080;
}

  2. 加权轮询：

    upstream backend {
    server backend1:8080 weight=5;
    server backend2:8080 weight=3;
    server backend3:8080 weight=2;
}

  3. IP哈希：

    upstream backend {
    ip_hash;
    server backend1:8080;
    server backend2:8080;
    server backend3:8080;
}

  4. 最少连接：

    upstream backend {
    least_conn;
    server backend1:8080;
    server backend2:8080;
    server backend3:8080;
}

  5. 加权最少连接：

    upstream backend {
    least_conn;
    server backend1:8080 weight=5;
    server backend2:8080 weight=3;
    server backend3:8080 weight=2;
}
健康检查配置

  1. 添加健康检查配置：

    upstream backend {
    server backend1:8080 max_fails=3 fail_timeout=30s;
    server backend2:8080 max_fails=3 fail_timeout=30s;
    server backend3:8080 max_fails=3 fail_timeout=30s;
}

  2. 参数说明：

    • max_fails：最大失败次数，默认为1
    • fail_timeout：失败超时时间，默认为10秒
会话保持配置

  1. IP哈希：

    upstream backend {
    ip_hash;
    server backend1:8080;
    server backend2:8080;
    server backend3:8080;
}

  2. Sticky Cookie：

    upstream backend {
    server backend1:8080;
    server backend2:8080;
    server backend3:8080;
    sticky cookie srv_id expires=1h path=/;
}

HAProxy负载均衡的安装和配置

HAProxy简介

HAProxy是一种高性能的开源负载均衡器和代理服务器，特别适合处理高流量的Web应用。

HAProxy的版本

  • HAProxy 1.x：稳定版本，广泛使用
  • HAProxy 2.x：最新版本，提供更多功能

安装HAProxy

Ubuntu/Debian
# 安装HAProxy
apt update
apt install haproxy

# 启动HAProxy服务并设置自启
systemctl start haproxy
systemctl enable haproxy

# 查看HAProxy服务状态
systemctl status haproxy
CentOS/RHEL
# 安装HAProxy
yum install haproxy

# 启动HAProxy服务并设置自启
systemctl start haproxy
systemctl enable haproxy

# 查看HAProxy服务状态
systemctl status haproxy
Arch Linux
# 安装HAProxy
pacman -S haproxy

# 启动HAProxy服务并设置自启
systemctl start haproxy
systemctl enable haproxy

# 查看HAProxy服务状态
systemctl status haproxy

配置HAProxy

基本配置

  1. 编辑HAProxy配置文件：

    # Ubuntu/Debian
vim /etc/haproxy/haproxy.cfg

# CentOS/RHEL
vim /etc/haproxy/haproxy.cfg

# Arch Linux
vim /etc/haproxy/haproxy.cfg

  2. 添加负载均衡配置：

    global
    log /dev/log    local0
    log /dev/log    local1 notice
    chroot /var/lib/haproxy
    stats socket /run/haproxy/admin.sock mode 660 level admin expose-fd listeners
    stats timeout 30s
    user haproxy
    group haproxy
    daemon

defaults
    log     global
    mode    http
    option  httplog
    option  dontlognull
    timeout connect 5000
    timeout client  50000
    timeout server  50000

frontend http_front
    bind *:80
    default_backend http_back

backend http_back
    balance roundrobin
    server backend1 backend1:8080 check
    server backend2 backend2:8080 check
    server backend3 backend3:8080 check

  3. 重启HAProxy服务：

    systemctl restart haproxy
调度算法配置

  1. 轮询：

    backend http_back
    balance roundrobin
    server backend1 backend1:8080 check
    server backend2 backend2:8080 check
    server backend3 backend3:8080 check

  2. 加权轮询：

    backend http_back
    balance roundrobin
    server backend1 backend1:8080 weight 5 check
    server backend2 backend2:8080 weight 3 check
    server backend3 backend3:8080 weight 2 check

  3. 最少连接：

    backend http_back
    balance leastconn
    server backend1 backend1:8080 check
    server backend2 backend2:8080 check
    server backend3 backend3:8080 check

  4. 加权最少连接：

    backend http_back
    balance leastconn
    server backend1 backend1:8080 weight 5 check
    server backend2 backend2:8080 weight 3 check
    server backend3 backend3:8080 weight 2 check

  5. IP哈希：

    backend http_back
    balance source
    server backend1 backend1:8080 check
    server backend2 backend2:8080 check
    server backend3 backend3:8080 check

  6. URL哈希：

    backend http_back
    balance url_param
    server backend1 backend1:8080 check
    server backend2 backend2:8080 check
    server backend3 backend3:8080 check
健康检查配置

  1. 基本健康检查：

    backend http_back
    balance roundrobin
    server backend1 backend1:8080 check
    server backend2 backend2:8080 check
    server backend3 backend3:8080 check

  2. 高级健康检查：

    backend http_back
    balance roundrobin
    server backend1 backend1:8080 check inter 2000 rise 2 fall 3
    server backend2 backend2:8080 check inter 2000 rise 2 fall 3
    server backend3 backend3:8080 check inter 2000 rise 2 fall 3

  3. 参数说明：

    • inter：健康检查间隔时间，单位为毫秒
    • rise：服务器从失败状态恢复到正常状态需要的健康检查成功次数
    • fall：服务器从正常状态变为失败状态需要的健康检查失败次数
会话保持配置

  1. 源IP会话保持：

    backend http_back
    balance source
    server backend1 backend1:8080 check
    server backend2 backend2:8080 check
    server backend3 backend3:8080 check

  2. Cookie会话保持：

    backend http_back
    balance roundrobin
    cookie SERVERID insert indirect nocache
    server backend1 backend1:8080 check cookie server1
    server backend2 backend2:8080 check cookie server2
    server backend3 backend3:8080 check cookie server3
监控页面配置

  1. 添加监控页面配置：

    listen stats
    bind *:9000
    mode http
    stats enable
    stats uri /stats
    stats realm Haproxy\ Statistics
    stats auth admin:admin
    stats refresh 10s

  2. 访问监控页面：

    • 浏览器访问：http://服务器IP:9000/stats
    • 用户名：admin
    • 密码：admin

LVS负载均衡的安装和配置

LVS简介

LVS（Linux Virtual Server）是一种基于Linux内核的负载均衡器，由章文嵩博士开发，性能优异，特别适合处理高并发的网络流量。

LVS的组成部分

  • IPVS：内核模块，实现负载均衡的核心功能
  • IPVSADM：用户空间工具，用于配置和管理IPVS

LVS的工作模式

  • NAT模式（Network Address Translation）：负载均衡器修改请求和响应的IP地址
  • DR模式（Direct Routing）：负载均衡器只修改请求的MAC地址，响应直接返回给客户端
  • TUN模式（Tunneling）：负载均衡器通过IP隧道将请求转发给后端服务器

安装LVS

Ubuntu/Debian
# 安装IPVSADM
apt update
apt install ipvsadm

# 加载IPVS模块
modprobe ip_vs
modprobe ip_vs_rr
modprobe ip_vs_wrr
modprobe ip_vs_lc
modprobe ip_vs_wlc
modprobe ip_vs_sh
modprobe ip_vs_sed
modprobe ip_vs_nq

# 查看IPVS模块
lsmod | grep ip_vs
CentOS/RHEL
# 安装IPVSADM
yum install ipvsadm

# 加载IPVS模块
modprobe ip_vs
modprobe ip_vs_rr
modprobe ip_vs_wrr
modprobe ip_vs_lc
modprobe ip_vs_wlc
modprobe ip_vs_sh
modprobe ip_vs_sed
modprobe ip_vs_nq

# 查看IPVS模块
lsmod | grep ip_vs
Arch Linux
# 安装IPVSADM
pacman -S ipvsadm

# 加载IPVS模块
modprobe ip_vs
modprobe ip_vs_rr
modprobe ip_vs_wrr
modprobe ip_vs_lc
modprobe ip_vs_wlc
modprobe ip_vs_sh
modprobe ip_vs_sed
modprobe ip_vs_nq

# 查看IPVS模块
lsmod | grep ip_vs

配置LVS

NAT模式配置
  1. 配置负载均衡器：
    # 启用IP转发

echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward

添加虚拟服务器

ipvsadm -A -t 192.168.1.100:80 -s rr

添加后端服务器

ipvsadm -a -t 192.168.1.100:80 -r 192.168.2.1:80 -m
ipvsadm -a -t 192.168.1.100:80 -r 192.168.2.2:80 -m
ipvsadm -a -t 192.168.1.100:80 -r 192.168.2.3:80 -m

保存配置

ipvsadm -S > /etc/sysconfig/ipvsadm

查看配置

ipvsadm -L -n


2. **配置后端服务器**：
```bash
# 设置默认网关为负载均衡器的内网IP
route add default gw 192.168.2.100
DR模式配置

  1. 配置负载均衡器：

    # 添加虚拟IP
ifconfig eth0:0 192.168.1.100 netmask 255.255.255.0 broadcast 192.168.1.255 up

# 添加虚拟服务器
ipvsadm -A -t 192.168.1.100:80 -s rr

# 添加后端服务器
ipvsadm -a -t 192.168.1.100:80 -r 192.168.1.101:80 -g
ipvsadm -a -t 192.168.1.100:80 -r 192.168.1.102:80 -g
ipvsadm -a -t 192.168.1.100:80 -r 192.168.1.103:80 -g

# 保存配置
ipvsadm -S > /etc/sysconfig/ipvsadm

# 查看配置
ipvsadm -L -n

  2. 配置后端服务器：

    # 添加虚拟IP（lo接口）
ifconfig lo:0 192.168.1.100 netmask 255.255.255.255 up

# 禁用ARP响应
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
TUN模式配置
  1. 配置负载均衡器：
    # 加载IP隧道模块
modprobe ipip

# 添加IP隧道接口
ifconfig tunl0 192.168.1.100 netmask 255.255.255.0 broadcast 192.168.1.255 up

# 启用IP转发

echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward

添加虚拟服务器

ipvsadm -A -t 192.168.1.100:80 -s rr

添加后端服务器

ipvsadm -a -t 192.168.1.100:80 -r 192.168.2.1:80 -i
ipvsadm -a -t 192.168.1.100:80 -r 192.168.2.2:80 -i
ipvsadm -a -t 192.168.1.100:80 -r 192.168.2.3:80 -i

保存配置

ipvsadm -S > /etc/sysconfig/ipvsadm

查看配置

ipvsadm -L -n


2. **配置后端服务器**：
```bash
# 加载IP隧道模块
modprobe ipip

# 添加IP隧道接口
ifconfig tunl0 192.168.1.100 netmask 255.255.255.255 up

# 禁用ARP响应
echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/conf/tunl0/arp_ignore
echo "2" > /proc/sys/net/ipv4/conf/tunl0/arp_announce
echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
echo "2" > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce

# 路由配置
route add -host 192.168.1.100 dev tunl0

其他负载均衡软件的配置

Keepalived

Keepalived是一种基于VRRP协议的高可用解决方案，常与LVS配合使用，提供负载均衡器的高可用性。

安装和配置Keepalived
# 安装Keepalived
apt install keepalived
# 或
yum install keepalived

# 配置Keepalived
vim /etc/keepalived/keepalived.conf

# 主负载均衡器配置
global_defs {
   router_id LVS_DEVEL
}

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface eth0
    virtual_router_id 51
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.1.100
    }
}

virtual_server 192.168.1.100 80 {
    delay_loop 6
    lb_algo rr
    lb_kind NAT
    persistence_timeout 50
    protocol TCP

    real_server 192.168.2.1 80 {
        weight 1
        TCP_CHECK {
            connect_timeout 3
            retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }
    real_server 192.168.2.2 80 {
        weight 1
        TCP_CHECK {
            connect_timeout 3
            retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }
    real_server 192.168.2.3 80 {
        weight 1
        TCP_CHECK {
            connect_timeout 3
            retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }
}

# 启动Keepalived服务并设置自启
systemctl start keepalived
systemctl enable keepalived

# 查看Keepalived服务状态
systemctl status keepalived

Traefik

Traefik是一种现代的反向代理和负载均衡器，支持自动服务发现。

安装和配置Traefik
# 下载Traefik
wget https://github.com/traefik/traefik/releases/download/v2.9.10/traefik_v2.9.10_linux_amd64.tar.gz

# 解压Traefik
tar -xzf traefik_v2.9.10_linux_amd64.tar.gz

# 移动Traefik到/usr/local/bin
mv traefik /usr/local/bin/

# 创建Traefik配置文件
vim /etc/traefik/traefik.yml

# 配置内容
defaultEntryPoints: ["http"]
entryPoints:
  http:
    address: ":80"

providers:
  file:
    directory: "/etc/traefik/conf.d"
    watch: true

api:
  dashboard: true
  insecure: true

# 创建配置目录
mkdir -p /etc/traefik/conf.d

# 创建负载均衡配置
vim /etc/traefik/conf.d/load-balancer.yml

# 配置内容
http:
  services:
    backend:
      loadBalancer:
        servers:
          - url: "http://backend1:8080"
          - url: "http://backend2:8080"
          - url: "http://backend3:8080"
        healthCheck:
          path: "/health"
          interval: "10s"

  routers:
    router1:
      rule: "Host(`example.com`)"
      service: "backend"

# 启动Traefik
nohup traefik --configfile=/etc/traefik/traefik.yml &

# 查看Traefik状态
ps aux | grep traefik

负载均衡的性能优化

Nginx性能优化

配置优化

  1. 编辑Nginx配置文件：

    vim /etc/nginx/nginx.conf

  2. 添加性能优化配置：

    user nginx;
worker_processes auto;
worker_rlimit_nofile 65535;

events {
    worker_connections 10240;
    use epoll;
    multi_accept on;
}

http {
    include /etc/nginx/mime.types;
    default_type application/octet-stream;
    
    # 日志优化
    access_log off;
    error_log /var/log/nginx/error.log warn;
    
    # 连接优化
    sendfile on;
    tcp_nopush on;
    tcp_nodelay on;
    keepalive_timeout 65;
    keepalive_requests 100000;
    
    # 压缩
    gzip on;
    gzip_min_length 1k;
    gzip_buffers 4 16k;
    gzip_comp_level 2;
    gzip_types text/plain text/css application/json application/javascript text/xml application/xml application/xml+rss text/javascript;
    
    # 缓存
    open_file_cache max=102400 inactive=20s;
    open_file_cache_valid 30s;
    open_file_cache_min_uses 1;
    
    include /etc/nginx/conf.d/*.conf;
}

  3. 重启Nginx服务：

    systemctl restart nginx

HAProxy性能优化

配置优化

  1. 编辑HAProxy配置文件：

    vim /etc/haproxy/haproxy.cfg

  2. 添加性能优化配置：

    global
    log /dev/log    local0
    log /dev/log    local1 notice
    chroot /var/lib/haproxy
    stats socket /run/haproxy/admin.sock mode 660 level admin expose-fd listeners
    stats timeout 30s
    user haproxy
    group haproxy
    daemon
    maxconn 10000
    nbproc 2
    cpu-map 1 0
    cpu-map 2 1

defaults
    log     global
    mode    http
    option  httplog
    option  dontlognull
    option  http-server-close
    option  forwardfor except 127.0.0.0/8
    option  redispatch
    retries 3
    timeout connect 5000
    timeout client  50000
    timeout server  50000
    maxconn 8000

  3. 重启HAProxy服务：

    systemctl restart haproxy

LVS性能优化

内核参数优化

  1. 编辑sysctl配置文件：

    vim /etc/sysctl.conf

  2. 添加性能优化配置：

    # 网络参数优化
net.ipv4.ip_forward = 1
net.ipv4.conf.all.rp_filter = 0
net.ipv4.conf.default.rp_filter = 0
net.ipv4.conf.eth0.rp_filter = 0
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30
net.ipv4.tcp_keepalive_time = 1200
net.ipv4.ip_local_port_range = 1024 65000
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 8192
net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 5000

  3. 应用配置：

    sysctl -p

负载均衡的故障排查

常见问题及解决方案

  • 负载均衡器无法启动：检查配置文件语法，检查端口占用，检查服务依赖
  • 后端服务器无法访问：检查网络连接，检查防火墙设置，检查后端服务器状态
  • 负载均衡不均：检查调度算法配置，检查后端服务器权重，检查健康检查配置
  • 会话丢失：检查会话保持配置，检查后端服务器状态，检查负载均衡算法
  • 健康检查失败：检查后端服务器状态，检查健康检查配置，检查网络连接

诊断工具

Nginx诊断工具

  • nginx：Nginx管理工具

    # 检查配置文件
nginx -t

# 查看Nginx进程
ps aux | grep nginx

# 查看Nginx连接数
netstat -an | grep :80 | wc -l

  • 日志文件：

    # 查看错误日志
tail -f /var/log/nginx/error.log

# 查看访问日志
tail -f /var/log/nginx/access.log
HAProxy诊断工具

  • haproxy：HAProxy管理工具

    # 检查配置文件
haproxy -c -f /etc/haproxy/haproxy.cfg

# 查看HAProxy进程
ps aux | grep haproxy

# 查看HAProxy状态
echo "show info" | socat stdio /run/haproxy/admin.sock

# 查看后端服务器状态
echo "show servers state" | socat stdio /run/haproxy/admin.sock

  • 监控页面：

    • 浏览器访问：http://服务器IP:9000/stats
LVS诊断工具

  • ipvsadm：LVS管理工具

    # 查看LVS配置
ipvsadm -L -n

# 查看LVS连接数
ipvsadm -L -n -c

# 查看LVS统计信息
ipvsadm -L -n --stats

# 查看LVS详细信息
ipvsadm -L -n --rate

  • 网络工具：

    # 查看网络连接
netstat -an | grep :80

# 查看网络接口
ifconfig

# 查看路由表
route -n

实用案例分析

案例1：配置Nginx负载均衡

配置步骤：

  1. 安装Nginx
# 在Ubuntu/Debian上安装
apt update
apt install nginx

# 在CentOS/RHEL上安装
yum install nginx

# 启动Nginx服务并设置自启
systemctl start nginx
systemctl enable nginx

# 查看Nginx服务状态
systemctl status nginx
  1. 配置Nginx负载均衡
# 创建负载均衡配置文件
vim /etc/nginx/conf.d/load-balancer.conf

# 添加以下配置
upstream backend {
    server 192.168.1.10:8080 weight=5;
    server 192.168.1.11:8080 weight=3;
    server 192.168.1.12:8080 weight=2;
}

server {
    listen 80;
    server_name example.com;

    location / {
        proxy_pass http://backend;
        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_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;
    }
}

# 检查Nginx配置
nginx -t

# 重启Nginx服务
systemctl restart nginx
  1. 测试负载均衡
# 使用curl测试多次
for i in {1..10}; do curl http://example.com; done

# 查看Nginx访问日志
tail -f /var/log/nginx/access.log

# 查看后端服务器日志
tail -f /var/log/nginx/error.log

案例2：配置HAProxy负载均衡

配置步骤：

  1. 安装HAProxy
# 在Ubuntu/Debian上安装
apt update
apt install haproxy

# 在CentOS/RHEL上安装
yum install haproxy

# 启动HAProxy服务并设置自启
systemctl start haproxy
systemctl enable haproxy

# 查看HAProxy服务状态
systemctl status haproxy
  1. 配置HAProxy负载均衡
# 编辑HAProxy配置文件
vim /etc/haproxy/haproxy.cfg

# 添加以下配置
global
    log /dev/log    local0
    log /dev/log    local1 notice
    chroot /var/lib/haproxy
    stats socket /run/haproxy/admin.sock mode 660 level admin expose-fd listeners
    stats timeout 30s
    user haproxy
    group haproxy
    daemon

defaults
    log     global
    mode    http
    option  httplog
    option  dontlognull
    timeout connect 5000
    timeout client  50000
    timeout server  50000

frontend http_front
    bind *:80
    default_backend http_back

backend http_back
    balance roundrobin
    server backend1 192.168.1.10:8080 check inter 2000 rise 2 fall 3
    server backend2 192.168.1.11:8080 check inter 2000 rise 2 fall 3
    server backend3 192.168.1.12:8080 check inter 2000 rise 2 fall 3

listen stats
    bind *:9000
    mode http
    stats enable
    stats uri /stats
    stats realm Haproxy\ Statistics
    stats auth admin:admin
    stats refresh 10s

# 检查HAProxy配置
haproxy -c -f /etc/haproxy/haproxy.cfg

# 重启HAProxy服务
systemctl restart haproxy
  1. 测试负载均衡
# 使用curl测试多次
for i in {1..10}; do curl http://example.com; done

# 查看HAProxy日志
tail -f /var/log/haproxy.log

# 访问监控页面
# 浏览器访问：http://服务器IP:9000/stats

案例3：配置LVS负载均衡（DR模式）

配置步骤：

  1. 安装LVS
# 在Ubuntu/Debian上安装
apt update
apt install ipvsadm

# 在CentOS/RHEL上安装
yum install ipvsadm

# 加载IPVS模块
modprobe ip_vs
modprobe ip_vs_rr
modprobe ip_vs_wrr
modprobe ip_vs_lc
modprobe ip_vs_wlc
modprobe ip_vs_sh

# 查看IPVS模块
lsmod | grep ip_vs
  1. 配置负载均衡器（DR模式）
# 添加虚拟IP
ifconfig eth0:0 192.168.1.100 netmask 255.255.255.0 broadcast 192.168.1.255 up

# 添加虚拟服务器
ipvsadm -A -t 192.168.1.100:80 -s rr

# 添加后端服务器
ipvsadm -a -t 192.168.1.100:80 -r 192.168.1.10:80 -g
ipvsadm -a -t 192.168.1.100:80 -r 192.168.1.11:80 -g
ipvsadm -a -t 192.168.1.100:80 -r 192.168.1.12:80 -g

# 保存配置
ipvsadm -S > /etc/sysconfig/ipvsadm

# 查看配置
ipvsadm -L -n
  1. 配置后端服务器
# 在每个后端服务器上执行以下操作

# 添加虚拟IP（lo接口）
ifconfig lo:0 192.168.1.100 netmask 255.255.255.255 up

# 禁用ARP响应
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

# 启动Web服务
systemctl start nginx
# 或
systemctl start httpd
  1. 测试负载均衡
# 使用curl测试多次
for i in {1..10}; do curl http://192.168.1.100; done

# 查看LVS连接数
ipvsadm -L -n -c

# 查看LVS统计信息
ipvsadm -L -n --stats

案例4：配置负载均衡高可用（Keepalived + LVS）

配置步骤：

  1. 安装Keepalived和LVS
# 在主备负载均衡器上执行以下操作

# 安装Keepalived和LVS
apt install keepalived ipvsadm
# 或
yum install keepalived ipvsadm

# 加载IPVS模块
modprobe ip_vs
modprobe ip_vs_rr
modprobe ip_vs_wrr
modprobe ip_vs_lc
modprobe ip_vs_wlc
modprobe ip_vs_sh
  1. 配置主负载均衡器
# 编辑Keepalived配置文件
vim /etc/keepalived/keepalived.conf

# 主负载均衡器配置
global_defs {
   router_id LVS_MASTER
}

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface eth0
    virtual_router_id 51
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.1.100
    }
}

virtual_server 192.168.1.100 80 {
    delay_loop 6
    lb_algo rr
    lb_kind DR
    persistence_timeout 50
    protocol TCP

    real_server 192.168.1.10 80 {
        weight 1
        TCP_CHECK {
            connect_timeout 3
            retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }
    real_server 192.168.1.11 80 {
        weight 1
        TCP_CHECK {
            connect_timeout 3
            retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }
    real_server 192.168.1.12 80 {
        weight 1
        TCP_CHECK {
            connect_timeout 3
            retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }
}

# 启动Keepalived服务并设置自启
systemctl start keepalived
systemctl enable keepalived

# 查看Keepalived服务状态
systemctl status keepalived
  1. 配置备负载均衡器
# 编辑Keepalived配置文件
vim /etc/keepalived/keepalived.conf

# 备负载均衡器配置
global_defs {
   router_id LVS_BACKUP
}

vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    interface eth0
    virtual_router_id 51
    priority 90
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.1.100
    }
}

virtual_server 192.168.1.100 80 {
    delay_loop 6
    lb_algo rr
    lb_kind DR
    persistence_timeout 50
    protocol TCP

    real_server 192.168.1.10 80 {
        weight 1
        TCP_CHECK {
            connect_timeout 3
            retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }
    real_server 192.168.1.11 80 {
        weight 1
        TCP_CHECK {
            connect_timeout 3
            retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }
    real_server 192.168.1.12 80 {
        weight 1
        TCP_CHECK {
            connect_timeout 3
            retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }
}

# 启动Keepalived服务并设置自启
systemctl start keepalived
systemctl enable keepalived

# 查看Keepalived服务状态
systemctl status keepalived
  1. 配置后端服务器
# 在每个后端服务器上执行以下操作

# 添加虚拟IP（lo接口）
ifconfig lo:0 192.168.1.100 netmask 255.255.255.255 up

# 禁用ARP响应
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

# 启动Web服务
systemctl start nginx
# 或
systemctl start httpd
  1. 测试高可用
# 测试负载均衡
for i in {1..10}; do curl http://192.168.1.100; done

# 模拟主负载均衡器故障
systemctl stop keepalived

# 测试故障转移
for i in {1..10}; do curl http://192.168.1.100; done

# 恢复主负载均衡器
systemctl start keepalived

# 测试恢复
for i in {1..10}; do curl http://192.168.1.100; done

案例5：负载均衡故障排查

排查步骤：

  1. Nginx负载均衡故障排查
# 检查Nginx服务状态
systemctl status nginx

# 检查Nginx配置文件
nginx -t

# 查看Nginx错误日志
tail -f /var/log/nginx/error.log

# 查看Nginx访问日志
tail -f /var/log/nginx/access.log

# 测试后端服务器连接
curl http://backend1:8080
curl http://backend2:8080
curl http://backend3:8080

# 检查网络连接
ping backend1
ping backend2
ping backend3

# 检查防火墙设置
ufw status
# 或
iptables -L
  1. HAProxy负载均衡故障排查
# 检查HAProxy服务状态
systemctl status haproxy

# 检查HAProxy配置文件
haproxy -c -f /etc/haproxy/haproxy.cfg

# 查看HAProxy日志
tail -f /var/log/haproxy.log

# 查看后端服务器状态
echo "show servers state" | socat stdio /run/haproxy/admin.sock

# 测试后端服务器连接
curl http://backend1:8080
curl http://backend2:8080
curl http://backend3:8080

# 检查网络连接
ping backend1
ping backend2
ping backend3

# 检查防火墙设置
ufw status
# 或
iptables -L
  1. LVS负载均衡故障排查
# 检查LVS配置
ipvsadm -L -n

# 查看LVS连接数
ipvsadm -L -n -c

# 查看LVS统计信息
ipvsadm -L -n --stats

# 测试后端服务器连接
curl http://backend1:8080
curl http://backend2:8080
curl http://backend3:8080

# 检查网络连接
ping backend1
ping backend2
ping backend3

# 检查防火墙设置
ufw status
# 或
iptables -L

# 检查IPVS模块
lsmod | grep ip_vs

课后练习

  1. 配置Nginx负载均衡

    • 步骤：安装Nginx → 配置负载均衡 → 启动服务 → 测试负载均衡
    • 验证：请求被均匀分配到多个后端服务器

  2. 配置HAProxy负载均衡

    • 步骤：安装HAProxy → 配置负载均衡 → 启动服务 → 测试负载均衡
    • 验证：请求被均匀分配到多个后端服务器，监控页面显示正常

  3. 配置LVS负载均衡（DR模式）

    • 步骤：安装LVS → 配置负载均衡器 → 配置后端服务器 → 测试负载均衡
    • 验证：请求被均匀分配到多个后端服务器，响应直接返回给客户端

  4. 配置负载均衡高可用

    • 步骤：安装Keepalived → 配置主备负载均衡器 → 配置后端服务器 → 测试高可用
    • 验证：主负载均衡器故障时，备负载均衡器自动接管，服务不中断

  5. 负载均衡性能优化

    • 步骤：分析负载均衡性能 → 调整配置参数 → 测试性能改善
    • 验证：负载均衡的响应速度和吞吐量得到明显改善

  6. 负载均衡故障排查

    • 步骤：模拟负载均衡故障 → 使用排查工具定位问题 → 修复问题 → 验证服务恢复
    • 验证：负载均衡服务能够正常工作，请求被正确分配到后端服务器

总结

本集详细介绍了Linux系统中负载均衡的配置方法，包括：

  • 负载均衡的概念和工作原理
  • Nginx负载均衡的安装和配置
  • HAProxy负载均衡的安装和配置
  • LVS负载均衡的安装和配置
  • 其他负载均衡软件的配置（Keepalived、Traefik）
  • 负载均衡的调度算法
  • 负载均衡的会话保持
  • 负载均衡的健康检查
  • 负载均衡的性能优化
  • 负载均衡的故障排查

通过本集的学习，读者应该能够理解负载均衡的基本原理，并能够独立配置和管理不同类型的负载均衡服务。负载均衡是构建高可用、高可靠、高性能系统的重要技术，掌握它的配置和管理技巧对于系统管理员来说非常重要。

在实际应用中，需要根据具体的业务需求和环境，选择合适的负载均衡软件和工作模式，并采取适当的配置和优化措施，确保负载均衡服务的稳定性、安全性和性能。同时，还需要定期维护和监控负载均衡服务，及时发现和解决问题，确保服务的正常运行。

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