LVS+Keepalived 高可用集群搭建详解（OpenEuler24 实战版

翻斗包菜2026-04-15 22:41

前言

在数字化业务全面普及的今天，企业核心系统（电商、支付、办公、数据服务）对7×24 小时不间断服务的需求已成为硬性标准。单点服务器极易因硬件故障、网络波动、程序崩溃导致服务中断，直接造成业务损失与用户流失。

高可用（HA，High Availability）与负载均衡（LB，Load Balancing）是解决上述问题的核心技术方案：

  • LVS（Linux Virtual Server）：Linux 内核级负载均衡器，性能极高、支撑高并发、支持多种转发模式
  • Keepalived：基于 VRRP 协议实现故障自动切换，同时提供节点健康检查，完美适配 LVS

本文基于OpenEuler24 操作系统，从原理讲解→环境准备→双机热备→LVS+Keepalived 集群→测试验证→故障排查全流程实战，手把手搭建企业级高可用负载均衡集群，可直接用于生产环境落地。

一、Keepalived 双机热备核心基础

1.1 Keepalived 是什么

Keepalived 最初专为 LVS 设计，是一款开源轻量级高可用软件，核心能力：

  1. 故障切换（Failover）：主节点宕机，备节点秒级接管服务
  2. 健康检查（Health Checking）：实时检测调度器 / 后端节点可用性
  3. 自动管理 VIP：虚拟 IP 无需手动配置虚拟网卡，由软件自动漂移
  4. 非 LVS 场景也可用：单独作为双机热备软件（Web、FTP、SSH 等通用服务）

1.2 VRRP 协议原理

Keepalived 基于 **VRRP（虚拟路由冗余协议）** 实现热备：

  1. 多台服务器组成热备组，共用一个 ** 虚拟 IP（VIP）** 对外提供服务
  2. 同一时刻只有 ** 主节点（MASTER）** 持有 VIP 并提供服务
  3. 备节点（BACKUP）持续监听心跳，主节点失效则按优先级抢占 VIP
  4. 主节点恢复后，自动夺回 VIP 控制权（抢占模式）

1.3 双机热备实验环境

表格

操作系统 硬件配置 物理 IP 运行服务 角色
OpenEuler24 2C4G 192.168.10.101 Keepalived+Nginx 主节点 MASTER
OpenEuler24 2C4G 192.168.10.102 Keepalived+Nginx 备节点 BACKUP
- - 192.168.10.100 虚拟服务 IP VIP（漂移地址）

1.4 Keepalived 安装与服务控制

OpenEuler24 使用 DNF/YUM 安装：

复制代码 
# 安装Keepalived+ipvsadm（LVS管理工具）+Nginx（测试Web服务）
yum install -y keepalived ipvsadm nginx

# 设置开机自启
systemctl enable keepalived

# 服务启停命令
systemctl start keepalived   # 启动
systemctl stop keepalived    # 停止
systemctl restart keepalived # 重启
systemctl status keepalived  # 查看状态

二、Keepalived 双机热备完整配置

2.1 基础环境预处理

所有节点必须关闭防火墙与 SELinux，避免网络拦截：

复制代码 
# 临时关闭防火墙
systemctl stop firewalld
# 永久禁用防火墙
systemctl disable firewalld

# 临时关闭SELinux
setenforce 0
# 永久关闭SELinux
sed -i "s/^SELINUX=.*/SELINUX=disabled/g" /etc/selinux/config

2.2 主节点（192.168.10.101）配置

Keepalived 配置文件路径：/etc/keepalived/keepalived.conf

复制代码 
# 进入配置目录
cd /etc/keepalived/
# 备份默认配置
cp keepalived.conf.sample keepalived.conf
# 编辑配置
vi keepalived.conf

主节点核心配置：

复制代码 
! Configuration File for keepalived
global_defs {
    router_id HA_TEST_R1  # 本节点唯一标识（自定义）
}

vrrp_instance VI_1 {      # VRRP实例名（主备必须一致）
    state MASTER          # 角色：主节点
    interface ens33       # 承载VIP的物理网卡
    virtual_router_id 1   # 热备组ID（主备必须一致，0-255）
    priority 100          # 优先级（越大越优先，主>备）
    advert_int 1          # 心跳间隔（秒）
    authentication {      # 认证信息（主备必须一致）
        auth_type PASS
        auth_pass 123456
    }
    virtual_ipaddress {   # 漂移VIP（可配置多个）
        192.168.10.100
    }
}

启动服务并验证 VIP：

复制代码 
systemctl start keepalived
# 查看VIP（ifconfig无法看到，必须用ip addr）
ip addr show dev ens33

执行后可看到 ens33 网卡自动添加192.168.10.100/32。

2.3 备节点（192.168.10.102）配置

备节点配置90% 与主节点一致，仅修改 3 个参数：

复制代码 
global_defs {
    router_id HA_TEST_R2  # 不同节点标识
}

vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP          # 角色：备节点
    priority 99           # 优先级低于主节点
    # 其余配置完全与主节点相同
}

启动服务：

复制代码 
systemctl start keepalived

备节点正常运行时不会持有 VIP，仅监听主节点心跳。

2.4 双机热备功能测试

2.4.1 连通性测试

客户端执行：

复制代码 
ping 192.168.10.100 -t
  1. 停止主节点 Keepalived：systemctl stop keepalived
  2. Ping 仅丢 1-2 个包即恢复，说明 VIP 已漂移到备节点
  3. 重启主节点 Keepalived：systemctl start keepalived
  4. 再次短暂丢包后恢复，主节点夺回 VIP
2.4.2 Web 服务测试
复制代码 
# 主节点配置测试页
echo "web01-master" > /usr/share/nginx/html/index.html
systemctl start nginx

# 备节点配置测试页
echo "web02-backup" > /usr/share/nginx/html/index.html
systemctl start nginx
  1. 访问http://192.168.10.100 → 显示web01-master
  2. 主节点宕机 → 自动显示web02-backup
  3. 主节点恢复 → 自动切回web01-master
2.4.3 日志查看

Keepalived 日志默认存放在/var/log/messages：

复制代码 
tail -f /var/log/messages

可清晰看到：

  • 主节点：停止→移除 VIP→重启→MASTER 状态→添加 VIP
  • 备节点：检测主节点失效→切换 MASTER→检测主节点恢复→切换 BACKUP→移除 VIP

三、LVS+Keepalived 高可用集群搭建

3.1 集群架构设计

双负载调度器热备 + 多 Web 节点集群 + NFS 共享存储，无任何单点故障：

  • 主调度器：lb01（192.168.10.101）
  • 备调度器：lb02（192.168.10.102）
  • Web 节点：web01（103）、web02（104）
  • NFS 存储：192.168.10.105（统一网页内容）
  • 集群模式：LVS-DR（直接路由，性能最高）
  • VIP：192.168.10.100

3.2 集群资源清单

表格

主机名 操作系统 配置 IP 地址 核心服务 角色
lb01 OpenEuler24 2C4G 192.168.10.101 Keepalived/ipvsadm 主负载调度器
lb02 OpenEuler24 2C4G 192.168.10.102 Keepalived/ipvsadm 备负载调度器
web01 OpenEuler24 2C4G 192.168.10.103 Nginx Web 业务节点
web02 OpenEuler24 2C4G 192.168.10.104 Nginx Web 业务节点
nfs-server OpenEuler24 2C4G 192.168.10.105 nfs-utils/rpcbind 共享存储

3.3 调度器基础配置

所有调度器执行：

复制代码 
# 加载LVS内核模块
modprobe ip_vs
# 查看LVS版本
cat /proc/net/ip_vs

# 安装依赖
yum install -y ipvsadm keepalived
# 备份配置
cp /etc/keepalived/keepalived.conf /etc/keepalived/keepalived.conf.bak

3.4 主调度器（lb01）完整配置

在双机热备基础上，添加LVS 虚拟服务器 + 后端节点池 + 健康检查配置：

复制代码 
! Configuration File for keepalived
global_defs {
    router_id LVS_HA_R1
}

# VRRP热备配置
vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface ens33
    virtual_router_id 1
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 123456
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.10.100
    }
}

# LVS虚拟服务器配置
virtual_server 192.168.10.100 80 {
    delay_loop 15          # 健康检查间隔（秒）
    lb_algo rr             # 调度算法：rr=轮询（支持wrr/lc/wlc等）
    lb_kind DR             # LVS模式：DR=直接路由（性能最优）
    persistence_timeout 50 # 会话保持时间（秒）
    protocol TCP           # 协议类型

    # 后端真实节点1
    real_server 192.168.10.103 80 {
        weight 1           # 节点权重
        TCP_CHECK {        # TCP健康检查
            connect_timeout 3    # 连接超时
            nb_get_retry 3       # 重试次数
            delay_before_retry 4 # 重试间隔
            connect_port 80      # 检查端口
        }
    }

    # 后端真实节点2
    real_server 192.168.10.104 80 {
        weight 1
        TCP_CHECK {
            connect_timeout 3
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 4
            connect_port 80
        }
    }
}

启动服务：

复制代码 
systemctl restart keepalived

3.5 备调度器（lb02）配置

与主调度器完全一致，仅修改 3 个参数：

复制代码 
global_defs {
    router_id LVS_HA_R2
}
vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    priority 90
}

启动服务：

复制代码 
systemctl restart keepalived

3.6 Web 节点 DR 模式配置（最关键）

LVS-DR 模式必须抑制 ARP 响应 ，否则客户端会直接访问后端节点，导致集群失效。一键配置脚本lvs_dr.sh：

复制代码 
vi lvs_dr.sh
chmod +x lvs_dr.sh

脚本内容：

复制代码 
#!/bin/bash
vip='192.168.10.100'  # 集群VIP
case "$1" in
start)
    # 配置ARP抑制（DR模式核心）
    echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
    echo "2" > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
    echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/conf/default/arp_ignore
    echo "2" > /proc/sys/net/ipv4/conf/default/arp_announce
    echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
    echo "2" > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce

    # 本地lo网卡绑定VIP
    ip addr add ${vip}/32 dev lo label lo:0
    # 添加本地路由
    ip route add local ${vip}/32 dev lo

    # 永久生效
    echo "ip addr add ${vip}/32 dev lo label lo:0" >> /etc/rc.local
    echo "ip route add local ${vip}/32 dev lo" >> /etc/rc.local
    chmod +x /etc/rc.local
    ;;
stop)
    # 恢复ARP参数
    echo "0" > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
    echo "0" > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
    echo "0" > /proc/sys/net/ipv4/conf/default/arp_ignore
    echo "0" > /proc/sys/net/ipv4/conf/default/arp_announce
    echo "0" > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
    echo "0" > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce

    # 删除VIP与路由
    ip addr del ${vip}/32 dev lo label lo:0
    ip route del local ${vip}/32 dev lo

    # 清除开机自启
    sed -i "/${vip}/d" /etc/rc.local
    ;;
*)
    echo "Usage: $0 {start|stop}"
    exit 1
esac
exit 0

执行配置：

复制代码 
./lvs_dr.sh start

所有 Web 节点（web01/web02）都必须执行此脚本。

3.7 NFS 共享存储配置（可选）

统一 Web 节点页面内容，方便测试负载均衡：

复制代码 
# NFS服务器安装
yum install -y nfs-utils rpcbind
systemctl start nfs rpcbind
systemctl enable nfs rpcbind

# 配置共享目录
echo "/var/www/html 192.168.10.0/24(rw,sync,no_root_squash)" >> /etc/exports
exportfs -rv

# Web节点挂载
mount 192.168.10.105:/var/www/html /usr/share/nginx/html

四、LVS+Keepalived 集群测试验证

4.1 基础功能测试

客户端浏览器访问：http://192.168.10.100

  • 多次刷新 → 页面轮询显示 web01/web02（负载均衡生效）
  • 停止主调度器 → 服务不中断（备调度器自动接管）
  • 停止 web01 → 流量全部切到 web02（健康检查生效）
  • 重启 web01 → 自动加入集群（故障恢复）

4.2 LVS 状态查看

复制代码 
# 查看虚拟服务器与节点状态
ipvsadm -ln
# 查看连接状态
ipvsadm -lnc

可清晰看到：VIP、调度算法、后端节点、连接数、权重等信息。

4.3 故障切换测试

  1. 主调度器宕机：备调度器秒级接管 VIP，业务无感知
  2. Web 节点宕机：Keepalived 自动剔除，流量不转发至故障节点
  3. 主调度器恢复：自动夺回 VIP，继续提供服务
  4. Web 节点恢复：自动加入节点池，恢复负载分担

五、核心原理与关键参数说明

5.1 LVS 三种工作模式对比

表格

模式 原理 性能 适用场景 配置难度
NAT 网络地址转换 中等 公网入口、小型集群 低
DR 直接路由 极高 内网高并发、大型集群 中
TUN IP 隧道 高 跨网段、异地集群 高

生产环境首选 DR 模式：性能接近物理机，不修改数据包，支持百万级并发。

5.2 Keepalived 关键参数

表格

参数 作用 注意事项
router_id 节点唯一标识 主备不能相同
state 节点角色 MASTER/BACKUP
priority 优先级 主节点必须更高
virtual_router_id 热备组 ID 同一组必须一致
virtual_ipaddress 漂移 VIP 主备必须相同
TCP_CHECK 健康检查 自动剔除故障节点
lb_algo 调度算法 rr = 轮询、wrr = 加权轮询、lc = 最少连接

5.3 高可用保障机制

  1. 调度器高可用：双机热备，无单点故障
  2. 后端节点高可用：健康检查，故障自动隔离 / 恢复
  3. 服务高可用：VIP 漂移，秒级切换，业务无感知
  4. 数据高可用：NFS 共享存储，统一业务数据

六、常见故障排查

6.1 VIP 不漂移

  1. 检查virtual_router_id主备是否一致
  2. 检查priority主节点是否更高
  3. 检查防火墙 / SELinux 是否关闭
  4. 检查网卡名interface是否正确
  5. 查看日志：tail -f /var/log/messages

6.2 LVS 不转发流量

  1. 检查ip_vs模块是否加载：lsmod | grep ip_vs
  2. 检查 Web 节点 ARP 抑制是否配置
  3. 检查调度器lb_kind DR是否正确
  4. 检查后端节点 80 端口是否通：telnet IP 80

6.3 健康检查不生效

  1. 检查TCP_CHECK端口与超时配置
  2. 检查后端节点服务是否正常运行
  3. 检查网络连通性

6.4 会话保持异常

  1. 调整persistence_timeout参数
  2. 关闭浏览器 Cookie 后重试
  3. 检查调度算法是否正确

七、总结

LVS+Keepalived 是企业级高可用负载均衡的黄金架构，具备以下核心优势：

  1. 高性能：LVS 内核级转发，支撑百万级并发
  2. 高可用：无单点故障，故障秒级切换
  3. 易维护：配置简洁，自动化程度高
  4. 低成本：开源免费，基于 Linux 系统，无需专用硬件
  5. 通用性：支持 Web、FTP、API、游戏等几乎所有 TCP 服务
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