NGINX 集群负载与配置管理
NGINX 集群负载与配置管理
多层负载均衡架构
在企业级应用中，负载均衡架构通常采用多层设计，形成完整的流量分发体系：
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DNS解析：第一道流量分配
- 通过DNS服务器返回不同IP地址，实现地理区域或机房级别的负载均衡
- 优点：实现简单，成本低
- 缺点：无法感知后端服务状态，TTL缓存影响故障转移速度
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CDN加速：边缘节点缓存
- 静态资源缓存（JS/CSS/图片）
- 动态内容加速（BGP Anycast路由优化）
- DDoS防护、访问控制
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LVS：四层负载均衡
- 工作在传输层（TCP/UDP），基于IP负载均衡技术
- 低延迟、高吞吐量，适合处理大量并发请求
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Nginx：七层负载与反向代理
- 工作在应用层（HTTP/HTTPS），基于内容请求分发
- 支持更复杂的负载均衡算法和内容处理
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Apisix：云原生API网关
- 提供强大的路由管理、认证、限流等功能
- 适合微服务架构和云原生环境
典型场景：小规模应用可直接使用Nginx七层代理；高并发场景需要CDN+LVS+Nginx分层处理；云原生微服务架构建议加上Apisix等安全网关。
LVS简介
LVS (Linux Virtual Server) 是由章文嵩博士于1998年5月发起的开源项目，是中国早期具有代表性的自由软件项目之一。
核心特点：
- 采用三层架构：前端负载调度器、中间服务器池、底层共享存储
- 三种IP负载均衡技术：
- VS/NAT：基于网络地址转换，服务器需通过调度器进行通信
- VS/TUN：采用IP隧道技术，服务器可直接响应客户端
- VS/DR：通过直接路由机制，在数据链路层转发请求
三种技术比较：
| 特性 | VS/NAT | VS/TUN | VS/DR |
|---|---|---|---|
| 服务器类型 | 任意 | 隧道 | 非ARP设备 |
| 服务器网络 | 私有LAN/WAN | LAN | LAN |
| 服务器数量 | 低(10~20) | 高(100+) | 高(100+) |
| 服务器网关 | 调度器 | 自有路由器 | 自有路由器 |
LVS是Linux内核的一部分，广泛应用于Web、邮件等高并发场景，形成覆盖千级节点的集群框架。
Keepalived简介
Keepalived是一个用于实现高可用的软件，主要功能包括：
- RealServer健康状态检查：监控后端服务器的健康状况
- LoadBalance主机与Backup主机之间failover：实现主从或主主模式的高可用
- 虚拟IP(VIP)管理：通过VRRP协议实现IP地址的自动转移
Keepalived在LVS集群中扮演关键角色，确保在主节点故障时，备节点能够接管服务，保证系统的高可用性。
Keepalived工作原理：
- 通过VRRP协议形成虚拟路由器
- 主节点（MASTER）负责处理流量
- 备节点（BACKUP）监控主节点状态
- 当主节点故障时，备节点接管虚拟IP，继续提供服务
NGINX集群负载搭建
基础环境准备
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关闭防火墙和SELinux（实验环境简化，生产环境需配置端口放行）
# CentOS systemctl stop firewalld && systemctl disable firewalld setenforce 0 # 永久关闭需编辑 /etc/selinux/config，将 SELINUX=enforcing 改为 SELINUX=disabled -
测试网络互通：确保负载均衡器能与后端服务器通信
ping 192.168.1.11 -c 3 ping 192.168.1.12 -c 3
后端Web服务器部署
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安装Nginx（在所有后端服务器上执行）
# CentOS yum install epel-release -y yum install nginx -y# Ubuntu apt update apt install nginx -y -
配置差异化测试页面（区分后端服务器）
# 后端1 (192.168.1.11) echo "<h1>Backend Server 1 (192.168.1.11)</h1>" > /usr/share/nginx/html/index.html# 后端2 (192.168.1.12) echo "<h1>Backend Server 2 (192.168.1.12)</h1>" > /usr/share/nginx/html/index.html -
启动并验证服务
systemctl start nginx && systemctl enable nginx curl localhost # 本地验证 curl 192.168.1.11 # 跨机验证
负载均衡器配置（LVS+Keepalived+Nginx）
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安装LVS和Keepalived
yum install -y ipvsadm keepalived -
配置Keepalived（主节点和备节点配置不同）
主节点配置（/etc/keepalived/keepalived.conf）：
vrrp_instance VI_1 {state MASTERinterface eth0virtual_router_id 51priority 100advert_int 1authentication {auth_type PASSauth_pass 1111}virtual_ipaddress {192.168.1.100} }virtual_server 192.168.1.100 80 {delay_loop 6lb_algo rrlb_kind DRprotocol TCPreal_server 192.168.1.101 80 {weight 1TCP_CHECK {connect_timeout 10nb_get_retry 3delay_before_retry 3connect_port 80}}real_server 192.168.1.102 80 {weight 1TCP_CHECK {connect_timeout 10nb_get_retry 3delay_before_retry 3connect_port 80}} }备节点配置：将
state改为BACKUP，priority改为90 -
启动Keepalived
systemctl start keepalived systemctl enable keepalived -
配置Nginx后端服务器ARP抑制（在后端服务器上执行）：
echo "net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1" | sudo tee -a /etc/sysctl.conf echo "net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2" | sudo tee -a /etc/sysctl.conf sudo sysctl -p
验证配置
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访问虚拟IP：
http://192.168.1.100- 应能轮询显示后端服务器的测试页面
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故障转移验证：
- 关闭LVS主节点的Keepalived，查看备节点是否接管虚拟IP
- 访问虚拟IP，确认服务是否正常
负载均衡算法
Nginx支持多种负载均衡算法：
- 轮询（Round Robin）：默认算法，按服务器顺序依次分发请求
- 加权轮询（Weighted Round Robin）：根据服务器性能分配不同权重
- IP哈希（IP Hash）：根据客户端IP地址进行哈希计算，确保同一客户端请求始终发送到同一服务器
- 最少连接（Least Connections）：将请求分发到当前连接数最少的服务器
配置示例：
upstream backend_servers {server 192.168.1.101:80 weight=3;server 192.168.1.102:80 weight=1;least_conn;
}
总结
NGINX集群负载与配置管理是构建高性能、高可用系统的关键。通过LVS+Keepalived+Nginx的组合，可以实现：
- 四层负载均衡（LVS）：高效处理大量并发请求
- 七层负载均衡（Nginx）：基于内容的智能请求分发
- 高可用性（Keepalived）：确保服务持续可用
这种多层负载均衡架构能有效应对高并发场景，提高系统的吞吐量、伸缩性和可靠性，是企业级应用的首选架构方案。
