如何在Ubuntu 24.04上通过配置Nginx与Keepalived实现高可用负载均衡集群

在构建高可用、高性能的Web服务架构时，负载均衡与故障转移是基础能力。A5数据的教程以真实运维实践为出发，详细讲解如何在 Ubuntu 24.04 上使用 Nginx 作为反向代理负载均衡节点 ，结合 Keepalived 实现虚拟IP漂移（VRRP），构建一套高可用的负载均衡集群。全流程包括环境规划、软硬件配置、参数调优、代码示例、验证测试与性能数据评估，适合生产环境部署与运维参考。

一、整体架构与方案概览

本方案设计如下三层架构：

层级	功能	软件/角色
表现层	外部流量统一入口	Keepalived + Nginx（VIP）
负载节点	后端服务负载分发	Nginx upstream
应用业务层	实际业务处理	Web/应用服务器

架构图：

复制代码

             +------------------+
 Internet -> | VIP: 192.168.100.100 |  （由Keepalived漂移）
             +----------+-------+
                        |
                    +---+---+
                    | Nginx |
                    +---+---+
                        |
         +--------------+---------------+
         |                              |
    upstream:app1                upstream:app2
 (192.168.100.11)             (192.168.100.12)

核心目标：

虚拟IP漂移：Keepalived 实现主/备节点漂移，高可用性；
负载分发调度：Nginx 配置 upstream 动态分配请求；
故障自动恢复：节点失效自动切换无人工干预；
监控健康检查：HTTP/TCP 探测确保节点可用性。

二、软硬件环境与前置条件

1. 香港服务器www.a5idc.com硬件配置（推荐）

服务器角色	CPU	内存	硬盘	网络
Nginx Keepalived 主	4 核	8 GB	100 GB SSD	1 Gbps / BGP/MPLS
Nginx Keepalived 备	4 核	8 GB	100 GB SSD	1 Gbps / BGP/MPLS
应用 Server (x2)	8 核	16 GB	200 GB SSD	1 Gbps

推荐至少两台负载节点、两台后端业务节点。负载节点强烈建议放置于不同物理交换域/数据中心以避免单点故障。

2. 软件版本

软件	推荐版本
Ubuntu	24.04 LTS
Nginx	1.24（主线或稳定）
Keepalived	2.2.x
HTTP 服务	任意（例：Apache, Node.js, NGINX）

测试工具：ab, wrk, mtr, netcat, curl, systemctl

三、节点角色与IP规划

示例内网规划：

名称	IP	作用
load01	192.168.100.101	Keepalived Master
load02	192.168.100.102	Keepalived Backup
vip (漂移虚拟IP)	192.168.100.100	流量入口
app01	192.168.100.11	后端服务节点
app02	192.168.100.12	后端服务节点

四、环境准备

1. 系统基础设置

在所有节点上设置主机名、更新系统软件、关闭不必要服务：

bash 复制代码

# 更新系统
sudo apt update && sudo apt upgrade -y

# 安装基础工具
sudo apt install -y net-tools curl vim git build-essential

2. 配置静态IP（示例）

编辑 Netplan 配置 /etc/netplan/00-installer-config.yaml：

yaml 复制代码

network:
  version: 2
  ethernets:
    ens160:
      addresses:
        - 192.168.100.101/24
      gateway4: 192.168.100.1
      nameservers:
          addresses: [8.8.8.8, 8.8.4.4]

应用：

bash 复制代码

sudo netplan apply

五、安装与配置Nginx

1. Nginx 安装

bash 复制代码

sudo apt install -y nginx

确保启用：

bash 复制代码

sudo systemctl enable nginx
sudo systemctl start nginx

2. Nginx Upstream 配置

在 /etc/nginx/conf.d/upstream.conf：

nginx 复制代码

upstream backend_servers {
    server 192.168.100.11:80 weight=3 max_fails=3 fail_timeout=30s;
    server 192.168.100.12:80 weight=2 max_fails=3 fail_timeout=30s;
}

server {
    listen 80;
    server_name _;

    location / {
        proxy_pass http://backend_servers;
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
    }
}

参数说明：

参数	含义
weight	权重分布，高权重获取更多请求
max_fails	失败次数超过即标记不可用
fail_timeout	失败状态保持时长

Test & Reload：

bash 复制代码

sudo nginx -t
sudo systemctl reload nginx

六、安装与配置Keepalived

1. 安装

bash 复制代码

sudo apt install -y keepalived

2. Keepalived 主/备配置

主节点（load01）/etc/keepalived/keepalived.conf:

bash 复制代码

vrrp_script chk_nginx {
    script "pidof nginx"
    interval 2
    weight 2
}

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface ens160
    virtual_router_id 51
    priority 150
    advert_int 1

    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 42Keepalived
    }

    virtual_ipaddress {
        192.168.100.100/24
    }

    track_script {
        chk_nginx
    }
}

备节点（load02）/etc/keepalived/keepalived.conf:

bash 复制代码

vrrp_script chk_nginx {
    script "pidof nginx"
    interval 2
    weight 2
}

vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    interface ens160
    virtual_router_id 51
    priority 100
    advert_int 1

    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 42Keepalived
    }

    virtual_ipaddress {
        192.168.100.100/24
    }

    track_script {
        chk_nginx
    }
}

关键参数说明：

参数	含义
virtual_router_id	VRRP 实例唯一ID
priority	节点优先级，主>备
advert_int	广播间隔（秒）
track_script	健康检查脚本，影响权重

3. 启动与验证

bash 复制代码

sudo systemctl enable keepalived
sudo systemctl start keepalived

查看VIP是否生效：

bash 复制代码

ip a show ens160

应出现 192.168.100.100。

七、后端健康检查增强

推荐使用 Nginx 内置 health_check 或使用第三方工具（如 [nginx_upstream_check_module]）实现 HTTP 响应检测。

示例使用 proxy_next_upstream:

nginx 复制代码

upstream backend_servers {
    server 192.168.100.11:80 max_fails=2 fail_timeout=20s;
    server 192.168.100.12:80 max_fails=2 fail_timeout=20s;

    keepalive 32;
}

server {
    ...
    proxy_next_upstream error timeout invalid_header http_500 http_502 http_503 http_504;
}

八、验证与压力测试

1. VIP 故障切换测试

在主节点上停掉 Nginx：

bash 复制代码

sudo systemctl stop nginx

观察 Keepalived 状态切换：

bash 复制代码

sudo journalctl -fu keepalived

备节点应自动抢占虚拟IP。

2. 压力测试

使用 ab：

bash 复制代码

ab -n 10000 -c 200 http://192.168.100.100/

使用 wrk：

bash 复制代码

wrk -t4 -c500 -d30s http://192.168.100.100/

评估数据示例：

工具	并发	请求总数	平均延时	QPS
ab	200	10000	32 ms	850
wrk	500	-	28 ms	950

九、常见问题与调优建议

1. Keepalived 不漂移 VIP

可能原因：

接口名称错误（确认 interface 配置）；
virtual_router_id 与备节点不一致；
防火墙阻断 VRRP 协议（UDP 112，协议号 112）。

2. Nginx Upstream 健康检测不足

默认 Nginx 仅 TCP 检查，建议开启 HTTP 检查或结合外部脚本：

bash 复制代码

server 192.168.100.11:80 max_fails=2 fail_timeout=10s;

3. 性能瓶颈调优

worker_processes auto;
worker_connections 10240;
keepalive_timeout 65;
proxy_buffering off（动态内容根据业务调整）。

十、总结

本教程从架构设计、软硬件配置、细节参数、代码示例、验证测试到性能数据评估提供了完整实现路径。在 Ubuntu 24.04 环境下结合 Nginx 和 Keepalived 可以构建 高可用、可扩展、可监控 的负载均衡集群，适用于业务流量入口的重要服务节点。

如需进一步扩展到 HTTPS/TLS 终止、动态服务发现（Consul、Etcd）、自动证书管理（Certbot + DNS API）或 Prometheus 监控告警，可在现有架构基础上继续迭代。