CentOS上搭建基础LVS负载均衡系统步骤详解

# 1. 简介

## 1.1 什么是LVS负载均衡系统

LVS（Linux Virtual Server）是一种基于Linux操作系统的高性能、高可用性的负载均衡解决方案。它通过将客户端请求分发到多个后端服务器上，以实现负载均衡和高可用性。LVS系统由三个主要组件组成：LVS负载均衡调度器、后端服务器和监控器。LVS负载均衡调度器是核心组件，它通过不同的调度算法将客户端请求分发到后端服务器上，并能自动检测和排除不可用的服务器。

LVS负载均衡系统具有以下优点：
- 提供高可用性和更好的性能：通过将请求分发到多个后端服务器上，可以降低单个服务器的负载，提高系统的可用性和性能。
- 灵活而可扩展：LVS负载均衡系统支持多种负载均衡算法和传输协议，可以根据实际需求进行配置和扩展。
- 可以与其他系统集成：LVS负载均衡系统可以与其他系统（如防火墙、反向代理、缓存服务器等）进行集成，提供更全面的解决方案。

## 1.2 CentOS的选择及准备工作

在安装和配置LVS负载均衡系统之前，我们需要选择一个适合的操作系统作为基础。CentOS是一个免费且稳定的Linux发行版，在服务器领域被广泛使用。它具有以下特点：
- 兼容性强：CentOS是基于Red Hat Enterprise Linux（RHEL）源代码构建的，因此与RHEL兼容度很高。
- 安全可靠：CentOS提供稳定且经过长期测试的软件包，有专门的安全团队负责维护安全更新。
- 社区活跃：CentOS拥有庞大的用户和开发者社区，可以获得大量的技术支持和解决方案。

在准备工作方面，我们需要确保以下条件满足：
- 一台或多台物理或虚拟机作为LVS负载均衡系统的主节点和备节点；
- CentOS操作系统安装镜像，并完成安装和基本配置；
- 网络配置正确并能够互通，建议使用静态IP地址。

下一步将开始安装和配置Keepalived，作为LVS负载均衡系统的高可用节点。

# 2. 安装和配置Keepalived

Keepalived是一个用于实现负载均衡和高可用性的软件。在这一章节中，我们将会学习如何安装和配置Keepalived，包括主节点和备节点的配置。

### 2.1 安装Keepalived

在CentOS系统中，我们可以使用yum包管理工具进行Keepalived的安装。下面是安装的步骤：

# 使用yum安装Keepalived
sudo yum install keepalived

安装完成后，我们需要对Keepalived进行配置，使其能够实现负载均衡和高可用性。

### 2.2 配置Keepalived主节点

在主节点的配置中，我们需要定义虚拟IP和健康检查等关键信息。以下是一个简单的配置示例：

! Configuration File for keepalived

vrrp_script chk_http_port { 
    script "/etc/keepalived/check_http_port.sh"
    interval 2
}

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface eth0
    virtual_router_id 51
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 12345
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.1.100
    }
    track_script {
        chk_http_port
    }
}

以上的配置定义了一个虚拟路由实例，并指定了主节点的状态、接口、虚拟IP地址、优先级以及健康检查脚本。

### 2.3 配置Keepalived备节点

在备节点的配置中，我们也需要定义相似的虚拟IP和健康检查配置，但是状态和优先级会有所不同。以下是一个备节点的配置示例：

! Configuration File for keepalived

vrrp_script chk_http_port {
    script "/etc/keepalived/check_http_port.sh"
    interval 2
}

vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    interface eth0
    virtual_router_id 51
    priority 90
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 12345
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.1.100
    }
    track_script {
        chk_http_port
    }
}

在这个示例中，我们定义了一个备节点实例，并将状态设置为BACKUP，优先级设置为90。其他配置与主节点类似。

在下一章节中，我们将学习如何安装和配置LVS（Linux虚拟服务器）来进一步实现负载均衡系统的搭建。

# 3. 安装和配置LVS

在本节中，我们将讨论如何安装和配置LVS（Linux Virtual Server）来实现负载均衡系统。

#### 3.1 安装LVS

安装LVS需要使用`ipvsadm`命令，这是一个用于管理IPVS内核模块的工具。首先，我们需要安装`ipvsadm`工具。在CentOS中，可以使用以下命令来安装：

sudo yum install ipvsadm

安装完成后，我们可以通过`ipvsadm`命令来配置LVS。

#### 3.2 配置LVS主节点

在配置LVS主节点之前，首先需要进行以下准备工作：
- 确保主节点的操作系统已经安装完毕，并且已经配置好了网络连接。
- 确保主节点可以与后端服务器进行通信，并且已经安装了后端服务，比如HTTP服务器。

接下来，我们需要配置LVS的主节点。假设我们的主节点IP地址为192.168.1.100，后端服务器的IP地址分别为192.168.1.101和192.168.1.102。我们将使用LVS的NAT模式进行负载均衡。首先，我们需要启用IP转发功能：

sudo sysctl net.ipv4.ip_forward=1

然后，配置LVS的NAT模式负载均衡规则：

sudo ipvsadm -A -t 192.168.1.100:80 -s rr
sudo ipvsadm -a -t 192.168.1.100:80 -r 192.168.1.101:80 -g
sudo ipvsadm -a -t 192.168.1.100:80 -r 192.168.1.102:80 -g

上面的命令中，`-A`用于添加一个新的虚拟服务器，`-t`指定虚拟服务器的IP和端口，`-s rr`指定使用轮询调度算法。然后，使用`-a`来向虚拟服务器添加后端真实服务器。

#### 3.3 配置LVS备节点

配置LVS备节点与配置LVS主节点类似。在备节点上，我们同样需要安装`ipvsadm`工具，并进行相同的准备工作。然后，我们需要配置LVS备节点来与主节点保持同步。这可以通过使用`ipvsadm-save`和`ipvsadm-restore`命令来实现。在备节点上执行以下命令可以实现与主节点配置的同步：

sudo ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm

然后将`ipvsadm`配置文件拷贝到备节点上，并执行以下命令来恢复配置：

sudo ipvsadm-restore -n /etc/sysconfig/ipvsadm

这样，在主节点配置变化时，备节点也会同步更新，从而实现负载均衡的高可用性。

以上就是LVS的安装和配置过程，接下来我们将在第四节中测试负载均衡系统。

# 4. 测试负载均衡系统

在本章节中，我们将会创建一个测试环境，并测试所搭建的LVS负载均衡系统，最后进行检查负载均衡配置的有效性。

#### 4.1 创建测试环境

首先，我们需要在两台后端服务器上搭建一个简单的Web服务作为测试用。我们使用Nginx来搭建Web服务，可以在两台后端服务器上分别安装Nginx，并在Nginx的首页中显示各自的服务器信息，以便后续测试时确认请求是否被成功负载均衡。

以下是一个简单的Nginx配置示例，在两台后端服务器上的`/etc/nginx/nginx.conf`配置文件中添加如下内容：

server {
    listen 80;
    server_name server1;
    location / {
        return 200 "This is server 1";
    }
}

server {
    listen 80;
    server_name server2;
    location / {
        return 200 "This is server 2";
    }
}

安装完成后，分别启动Nginx服务，并访问各自的IP地址，确认能够显示相应的页面内容。

#### 4.2 测试负载均衡

接下来，我们使用`curl`命令来模拟客户端向负载均衡系统发起请求，并观察请求的负载均衡效果。

在一台其他的主机上执行以下命令：

curl http://VIP

其中，VIP是我们在LVS配置中设置的虚拟IP地址。我们多次执行该命令，观察返回的内容是否交替显示"server 1"和"server 2"，以确认负载均衡是否生效。

#### 4.3 检查负载均衡配置

最后，我们可以通过查看LVS的状态信息来确认负载均衡系统的配置和运行情况。在LVS主节点执行以下命令：

ipvsadm -L

该命令将显示当前LVS的转发表信息，确认当前连接是否被正确地分发到后端服务器。

### 结论

通过本章节的测试，我们可以确认LVS负载均衡系统已经正常工作，并且可以将请求有效地分发到后端服务器。

# 5. 高级功能和优化

在本节中，我们将介绍一些高级功能和优化技巧，进一步提升负载均衡系统的性能和稳定性。

#### 5.1 SSL终端卸载

在实际生产环境中，常常需要对SSL/TLS进行终端卸载（SSL Termination），即在负载均衡器处对SSL/TLS进行解密，然后将解密后的流量转发给后端服务器。这样可以减轻后端服务器的计算负担，并且方便集中管理证书。

以下是一个简单示例，使用Nginx实现SSL终端卸载：

server {
    listen 443;
    server_name example.com;

    ssl on;
    ssl_certificate /etc/nginx/ssl/example.com.crt;
    ssl_certificate_key /etc/nginx/ssl/example.com.key;

    location / {
        proxy_pass http://backend_servers;
    }
}

#### 5.2 会话保持

默认情况下，LVS是基于四层（传输层）进行负载均衡的，而且每个请求都会经过LVS的负载均衡算法，可能导致一些场景下会话丢失或者状态不一致。为了解决这个问题，可以使用会话保持（Session Persistence）功能，确保用户的请求都被转发到同一台后端服务器上。

在LVS中配置会话保持的方法取决于所选择的调度算法（如WRR、RR、LC等），以实现会话保持为目标，在不同的调度算法下有所不同。

#### 5.3 后端服务器健康检查

为了保证负载均衡系统能够及时发现后端服务器的故障并将其剔除，可以设置健康检查（Health Check）机制。通过定期发送健康检查请求，检测后端服务器的健康状态，从而实现自动剔除故障服务器，保证系统的可靠性。

一种常见的健康检查方式是使用监控代理（如Prometheus、Zabbix等）定期检测后端服务器的可用性，并通过Keepalived或LVS的API接口自动调整负载均衡器的配置。

在实际应用中，还可以结合自动化运维工具（如Ansible、Puppet等）实现灵活的健康检查和自动化故障处理。

# 6. 常见问题解决及其他建议

在实施LVS负载均衡系统时，可能会遇到各种各样的问题，以下是一些常见问题的解决方法和其他建议：

#### 6.1 常见问题解决

- **连接超时：** 如果客户端出现连接超时的情况，可以通过增加Keepalived和LVS的日志级别，以及检查防火墙和路由配置来定位问题。
- **服务异常：** 当服务出现异常时，可以通过检查后端服务器的健康状态、查看LVS的状态以及检查后端服务的日志，来找到问题所在。

- **性能瓶颈：** 如果遇到性能瓶颈，可以通过调整LVS和Keepalived的配置参数、增加后端服务器数量以及使用高性能的硬件设备来优化性能。

#### 6.2 其他建议和注意事项

- **定期检查和维护：** 建议定期检查LVS和Keepalived的日志，以及定期对系统进行维护和更新，保持系统的稳定性和安全性。

- **备份配置信息：** 在配置完成后，务必备份LVS和Keepalived的配置信息，以防意外情况发生时能够快速恢复系统。

- **安全性考虑：** 在配置LVS和Keepalived时，应当考虑安全性因素，避免配置中出现明文密码或其他安全隐患。

- **参考文档和社区支持：** 在遇到问题时，可以参考官方文档和向相关社区寻求帮助，及时解决问题。

以上建议和注意事项可以帮助用户更好地使用和维护LVS负载均衡系统，确保系统的稳定性和可靠性。