用Nginx实现负载均衡与高可用架构(整合Keepalived)

前言

在分布式架构中,负载均衡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
nginx 复制代码
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):

    nginx 复制代码
    server 192.168.1.102 max_fails=3 fail_timeout=30s;
  • 流量分割 (灰度发布):

    nginx 复制代码
    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):

conf 复制代码
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):

conf 复制代码
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

bash 复制代码
#!/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:

bash 复制代码
chmod +x /etc/keepalived/check_nginx.sh
5. 启动与验证
bash 复制代码
systemctl start keepalived   # 启动服务
systemctl enable keepalived  # 设置开机自启

查看VIP绑定:

bash 复制代码
ip addr show eth0 | grep 192.168.1.100

三、高级优化方案

1. 双主模式(Active-Active)
conf 复制代码
# 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:

    bash 复制代码
    # 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

总结

通过Nginx实现负载均衡可提升系统吞吐量,而结合Keepalived的高可用方案能确保服务零中断。实际部署时需注意:

  1. 根据业务场景选择合适的负载算法
  2. VIP需与物理网络在同一子网
  3. 生产环境建议使用双主+健康检查增强模式
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