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用Nginx实现负载均衡与高可用架构（整合Keepalived）

news 2025/7/13 7:59:44

前言

在分布式架构中，负载均衡和高可用是保障系统稳定性的两大核心能力。本文将深入讲解如何通过Nginx实现七层负载均衡，并结合Keepalived构建无单点故障的高可用架构。文末附完整配置模板！

一、Nginx负载均衡实现方案

1. 核心原理

Nginx通过反向代理将客户端请求分发到多个后端服务器，基于Upstream模块实现流量调度，支持多种负载算法。

2. 基础配置模板

http {
    upstream backend {
        # 默认轮询算法
        server 192.168.1.101:80 weight=5;  # 权重配置
        server 192.168.1.102:80 max_fails=3 fail_timeout=30s; # 健康检查
        server 192.168.1.103:80 backup;    # 备用节点
    }

    server {
        listen 80;
        location / {
            proxy_pass http://backend;
        }
    }
}

3. 负载均衡算法对比

算法	配置指令	适用场景	特点
轮询（默认）	默认	通用场景	简单公平，支持权重
最少连接	`least_conn`	长连接服务（如数据库）	动态分配，资源利用率高
IP哈希	`ip_hash`	会话保持需求	固定用户->服务器映射
一致性哈希	`hash $key`	缓存服务器集群	减少缓存击穿

4. 高级功能实现

健康检查（被动模式）：

server 192.168.1.102 max_fails=3 fail_timeout=30s;

流量分割（灰度发布）：

upstream backend {
    server 192.168.1.101 weight=90;  # 90%流量到新版本
    server 192.168.1.102 weight=10;  # 10%流量到旧版本
}

二、Nginx高可用架构（Keepalived方案）

1. 架构原理

通过VRRP协议实现虚拟IP（VIP）漂移，主备节点自动切换，保障服务不间断。

2. 环境准备

两台Nginx服务器（主：192.168.1.101，备：192.168.1.102）
虚拟IP：192.168.1.100（对外暴露的统一入口）

3. Keepalived配置详解

主节点配置（/etc/keepalived/keepalived.conf）：

global_defs {
    router_id nginx_master  # 标识节点名称
}

vrrp_script chk_nginx {
    script "/etc/keepalived/check_nginx.sh"  # 健康检查脚本
    interval 2
    weight -20   # 检测失败时降低优先级
}

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER            # 初始状态
    interface eth0          # 物理网卡名称
    virtual_router_id 51    # 集群ID（必须一致）
    priority 100            # 初始优先级（主>备）
    
    advert_int 1            # 心跳间隔
    authentication {        # 认证配置
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    
    virtual_ipaddress {
        192.168.1.100/24    # 虚拟IP
    }
    
    track_script {          # 绑定健康检查
        chk_nginx
    }
}

备节点配置（仅不同部分）：

state BACKUP     # 设置为备用
priority 90      # 优先级低于主节点

4. 健康检查脚本

创建 /etc/keepalived/check_nginx.sh：

#!/bin/bash
# 检测Nginx进程是否存在
if ! pgrep -x "nginx" > /dev/null; then
    systemctl restart nginx || exit 1  # 尝试重启，失败则返回1
fi
# 可选：HTTP状态检测
curl -s http://localhost/health > /dev/null || exit 1

赋予执行权限：

chmod +x /etc/keepalived/check_nginx.sh

5. 启动与验证

systemctl start keepalived   # 启动服务
systemctl enable keepalived  # 设置开机自启

查看VIP绑定：

ip addr show eth0 | grep 192.168.1.100

三、高级优化方案

1. 双主模式（Active-Active）

# 节点1额外配置
vrrp_instance VI_2 {
    state MASTER
    virtual_router_id 52
    priority 100
    virtual_ipaddress { 192.168.1.101/24 }
}

# 节点2额外配置
vrrp_instance VI_2 {
    state BACKUP
    virtual_router_id 52
    priority 90
    virtual_ipaddress { 192.168.1.101/24 }
}

2. 结合DNS轮询

将多个VIP绑定到同一个域名
实现多级负载均衡（DNS层+Nginx层）

3. 监控告警集成

Prometheus监控指标：

# 安装nginx_exporter
location /stub_status {
    stub_status;
    allow 127.0.0.1;
    deny all;
}

四、常见问题与解决方案

问题现象	排查步骤	解决方案
VIP不漂移	1. 检查防火墙是否允许VRRP协议 2. 查看keepalived日志	开放IP协议号112
脑裂（双主）	1. 检查网络连通性 2. 确认virtual_router_id唯一	配置不同的router_id
健康检查误判	1. 检查脚本执行权限 2. 增加curl超时设置	优化检测逻辑