掌握Keepalived双机热备与LVS高可用集群实战

技能目标

• 掌握 Keepalived 双机热备的原理与部署流程
• 熟练搭建基于 Keepalived 的双机热备系统
• 完成 LVS+Keepalived 高可用负载均衡集群的构建与验证

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前言

在高度信息化的 IT 时代，企业的生产系统、业务运营、销售支撑与日常管理，都深度依赖计算机信息服务。高可用（HA）技术作为保障业务连续性的核心，其应用需求持续提升，要求系统能够提供持续、不间断的计算服务与网络服务。

本章将系统讲解如何使用 Keepalived 实现双机热备，包括虚拟 IP（VIP）的故障自动切换，以及 Keepalived 在 LVS 高可用集群中的深度应用，帮助学习者构建企业级高可用架构。

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一、Keepalived 双机热备核心基础

1.1 Keepalived 概述与核心原理

Keepalived 是一款专为 LVS 设计的开源高可用辅助工具，核心能力包括：

• 故障自动切换（Failover）：当主节点（Master）故障时，自动将服务切换到备节点（Backup），保障业务不中断
• 健康检查（Health Checking）：实时监控 LVS 负载调度器、后端真实服务器的可用性，自动剔除故障节点
• 服务自动恢复：主节点故障恢复后，自动将其重新加入集群，业务流量切回主节点

Keepalived 基于 **VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol，虚拟路由冗余协议）** 实现热备：

• 多台路由器组成一个热备组，共享同一个虚拟 IP（VIP）对外提供服务
• 同一时刻热备组内只有一台主路由器提供服务，其余为备份状态
• 当主路由器故障时，备路由器按优先级自动接管 VIP，继续提供服务，整个过程对用户透明
• VIP 漂移由 Keepalived 自动完成，无需手动配置网卡，仅需通过配置文件定义

1.2 Keepalived 安装与服务管理

（1）环境准备与安装

在 openEuler 24 系统中，通过 DNF 方式安装 Keepalived，同时安装 ipvsadm（LVS 管理工具）与 nginx（测试服务）：

bash

运行

[root@localhost ~]# yum install -y keepalived ipvsadm nginx

（2）服务自启动配置

安装完成后，将 Keepalived 设置为开机自启动：

bash

运行

[root@localhost ~]# systemctl enable keepalived
# 同步服务文件
Created symlink from /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/keepalived.service to /usr/lib/systemd/system/keepalived.service.

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二、Keepalived 双机热备实战

2.1 实验环境规划

表格

主机角色	操作系统	IP 地址	部署服务
主服务器（Master）	openEuler 24	192.168.10.101	Keepalived + Nginx
备服务器（Backup）	openEuler 24	192.168.10.102	Keepalived + Nginx
虚拟 IP（VIP）	-	192.168.10.100/24	业务统一访问入口

2.2 主服务器配置

Keepalived 主配置文件位于/etc/keepalived/keepalived.conf，先关闭防火墙与 SELinux：

bash

运行

[root@localhost ~]# systemctl stop firewalld && setenforce 0
[root@localhost ~]# cd /etc/keepalived/
# 备份模板配置
[root@localhost keepalived]# cp keepalived.conf.sample keepalived.conf
[root@localhost keepalived]# vi keepalived.conf

主服务器核心配置：

ini

global_defs {
    router_id HA_TEST_R1  # 本路由器（服务器）的唯一标识
}

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER          # 热备状态：MASTER表示主服务器
    interface ens33        # 承载VIP的物理网卡
    virtual_router_id 1    # 虚拟路由ID，热备组内所有节点必须一致
    priority 100           # 优先级，数值越大优先级越高（主节点设为最高）
    advert_int 1           # 通告间隔（心跳频率，单位：秒）
    authentication {       # 认证信息，热备组内所有节点必须一致
        auth_type PASS
        auth_pass 123456
    }
    virtual_ipaddress {   # 指定漂移的虚拟IP（VIP），可配置多个
        192.168.10.100
    }
}

启动服务与验证

bash

运行

[root@localhost keepalived]# systemctl start keepalived
# 查看网卡信息，VIP已自动绑定到ens33（ifconfig无法查看，需用ip命令）
[root@localhost keepalived]# ip addr show dev ens33

2.3 备服务器配置

备服务器配置与主服务器基本一致，仅需修改router_id、state、priority三个参数：

ini

global_defs {
    router_id HA_TEST_R2  # 唯一标识，与主节点区分
}

vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP          # 热备状态：BACKUP表示备服务器
    interface ens33
    virtual_router_id 1    # 与主节点保持一致
    priority 99            # 优先级低于主节点
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 123456
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.10.100
    }
}

启动服务

bash

运行

[root@localhost keepalived]# systemctl start keepalived

备节点启动后不会绑定 VIP，VIP 由主节点持有，仅当主节点故障时自动接管。

2.4 双机热备功能验证

（1）连通性测试

在客户端执行持续 ping 命令，测试 VIP 可用性：

bash

运行

ping -t 192.168.10.100

• 停止主节点 Keepalived 服务：systemctl stop keepalived，ping 仅中断 1-2 个包后恢复，说明备节点已接管 VIP
• 重启主节点 Keepalived 服务，ping 再次中断 1-2 个包后恢复，说明主节点重新夺回 VIP 控制权

（2）Web 服务访问测试

在两台服务器启动 Nginx，写入不同测试页面：

bash

运行

# 主节点
[root@localhost ~]# systemctl start nginx
[root@localhost ~]# echo "web01" > /usr/share/nginx/html/index.html

# 备节点
[root@localhost ~]# systemctl start nginx
[root@localhost ~]# echo "web02" > /usr/share/nginx/html/index.html

• 客户端访问http://192.168.10.100，显示主节点页面
• 停止主节点 Keepalived，刷新页面显示备节点内容，说明 VIP 已切换
• 重启主节点 Keepalived，页面恢复为主节点内容，验证故障自动恢复

（3）日志排查

Keepalived 日志保存在/var/log/messages，可通过日志跟踪状态切换：

bash

运行

[root@localhost ~]# tail -f /var/log/messages

• 主节点故障时，日志显示MASTER→STOP，移除 VIP
• 备节点日志显示BACKUP→MASTER，接管 VIP，完成故障切换

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三、LVS + Keepalived 高可用负载均衡集群

3.1 架构概述

Keepalived 的核心设计目标是为 LVS 负载均衡集群提供高可用，通过调用 ipvsadm 工具管理虚拟服务器与服务池，实现：

• 主 / 备调度器的故障自动切换，避免 LVS 单点故障
• 后端真实服务器的健康检查，自动剔除故障节点
• 故障节点恢复后自动重新加入集群，实现负载均衡与高可用的结合

本方案基于LVS-DR（直接路由）模式，搭建主 / 备两台调度器，结合 Keepalived 实现热备，后端多台 Web 服务器提供服务，架构如图 3.3 所示。

3.2 实验环境规划

表格

主机角色	操作系统	IP 地址	部署服务
主调度器（Master）	openEuler 24	192.168.10.101	Keepalived + ipvsadm
备调度器（Backup）	openEuler 24	192.168.10.102	Keepalived + ipvsadm
Web 节点 1	openEuler 24	192.168.10.103	Nginx
Web 节点 2	openEuler 24	192.168.10.104	Nginx
虚拟 IP（VIP）	-	192.168.10.100/24	集群统一访问入口

3.3 基础环境配置（所有节点执行）

bash

运行

# 关闭防火墙与SELinux
systemctl stop firewalld && systemctl disable firewalld
setenforce 0
sed -i "s/SELINUX=enforcing/SELINUX=disabled/g" /etc/selinux/config

# 加载ip_vs模块
modprobe ip_vs
cat /proc/net/ip_vs  # 查看版本信息

# 安装依赖
yum install ipvsadm keepalived -y
# 备份配置文件
cp /etc/keepalived/keepalived.conf{,.bak}

3.4 主调度器配置

编辑/etc/keepalived/keepalived.conf，包含全局配置、热备配置与虚拟服务器配置：

ini

global_defs {
    router_id LVS_HA_R1  # 调度器唯一标识
}

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface ens33
    virtual_router_id 1
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.10.100
    }
}

# 虚拟服务器配置（LVS-DR模式）
virtual_server 192.168.10.100 80 {
    delay_loop 15          # 健康检查间隔（秒）
    lb_algo rr              # 负载调度算法：轮询（rr）
    lb_kind DR              # LVS工作模式：直接路由（DR）
    persistence_timeout 60  # 持久连接时间（秒）
    protocol TCP            # 协议类型：TCP

    # 后端真实服务器1
    real_server 192.168.10.103 80 {
        weight 1            # 权重
        TCP_CHECK {         # TCP健康检查
            connect_timeout 10  # 连接超时（秒）
            retry 3             # 重试次数
            delay_before_retry 3 # 重试间隔（秒）
            connect_port 80     # 检查端口
        }
    }

    # 后端真实服务器2
    real_server 192.168.10.104 80 {
        weight 1
        TCP_CHECK {
            connect_timeout 10
            retry 3
            delay_before_retry 3
            connect_port 80
        }
    }
}

3.5 备调度器配置

备调度器配置与主调度器几乎一致，仅修改router_id、state、priority：

ini

global_defs {
    router_id LVS_HA_R2
}

vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    interface ens33
    virtual_router_id 1
    priority 90
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.10.100
    }
}

# 虚拟服务器配置与主调度器完全一致
virtual_server 192.168.10.100 80 {
    delay_loop 15
    lb_algo rr
    lb_kind DR
    persistence_timeout 60
    protocol TCP

    real_server 192.168.10.103 80 {
        weight 1
        TCP_CHECK {
            connect_timeout 10
            retry 3
            delay_before_retry 3
            connect_port 80
        }
    }

    real_server 192.168.10.104 80 {
        weight 1
        TCP_CHECK {
            connect_timeout 10
            retry 3
            delay_before_retry 3
            connect_port 80
        }
    }
}

3.6 启动服务

bash

运行

# 主、备调度器分别启动Keepalived
[root@localhost ~]# systemctl restart keepalived

3.7 Web 节点服务器配置（DR 模式）

DR 模式下，Web 节点需要配置 VIP 到本地回环接口，并添加 ARP 抑制规则，脚本示例：

bash

运行

#!/bin/bash
# 配置VIP到lo:0接口
vip=192.168.207.200
case "$1" in
start)
    echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
    echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/conf/default/arp_ignore
    echo "2" > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
    echo "2" > /proc/sys/net/ipv4/conf/default/arp_announce
    # 临时添加VIP
    /sbin/ip addr add $vip/32 dev lo label lo:0
    /sbin/ip route add local $vip/32 dev lo
    ;;
stop)
    echo "0" > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
    echo "0" > /proc/sys/net/ipv4/conf/default/arp_ignore
    echo "0" > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
    echo "0" > /proc/sys/net/ipv4/conf/default/arp_announce
    # 移除VIP
    /sbin/ip addr del $vip/32 dev lo label lo:0
    /sbin/ip route del local $vip/32 dev lo
    ;;
*)
    echo "Usage: $0 {start|stop}"
    exit 1
esac
exit 0

bash

运行

# 启动脚本
chmod +x /etc/init.d/lvs_dr
/etc/init.d/lvs_dr start

3.8 集群功能验证

1. 访问测试：客户端通过 VIP（192.168.10.100）访问 Web 服务，轮询显示两台 Web 节点的页面
2. 故障切换测试：停止主调度器 Keepalived，服务正常访问，备调度器自动接管
3. 负载均衡测试 ：通过ipvsadm -ln查看调度器连接状态，验证轮询算法生效
4. 健康检查测试：停止一台 Web 节点的 Nginx，调度器自动剔除该节点，流量仅分发至正常节点

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总结

在互联网业务高并发、高可用的核心需求下，单点故障与性能瓶颈是系统稳定性的最大挑战。Keepalived 凭借轻量级、开源、灵活的特性，成为解决这类问题的核心工具。

本章围绕 Keepalived 的两大核心能力展开：

1. 双机热备：基于 VRRP 协议实现虚拟 IP 的自动漂移，保障服务持续在线，彻底避免单点故障
2. LVS 高可用集群：结合 LVS-DR 模式，实现负载均衡与故障自动切换，构建高可用、高性能的分布式服务架构

通过从原理到实操的全流程讲解，涵盖架构设计、参数调优、故障排查等关键环节，帮助学习者掌握构建企业级高可用系统的核心技能，为业务的稳定运行提供坚实保障。