Ubuntu如何实现负载均衡 - 问答

Ubuntu实现负载均衡的实用方案

一、方案总览与选型

四层高性能分发：使用内核级 LVS（IPVS），适合 TCP/UDP 高并发、低延迟场景，常见模式有 DR、NAT、TUN。可配合 Keepalived 做主备与 VIP 漂移，消除单点故障。
七层灵活路由：使用 Nginx 或 HAProxy，支持 HTTP/HTTPS/TCP 负载均衡、内容路由、健康检查、限流与 WAF 集成，部署与运维简单。
高可用控制面：用 Keepalived 提供 VRRP 虚拟IP与故障切换；对 HAProxy 也可采用 Corosync+Pacemaker 的集群方案。
入口安全与统一接入：在负载均衡器上做 SSL/TLS 终止、隐藏后端拓扑、统一认证与日志审计。
基础网络冗余：如需提升链路可靠性，可在服务器侧做 网卡绑定（bonding），但需注意 bonding 解决的是“链路冗余/聚合”，并非应用流量分发。

二、快速上手示例

示例一 Nginx 七层负载均衡（HTTP）

安装：sudo apt update && sudo apt install nginx -y
配置 /etc/nginx/conf.d/lb.conf：

upstream backend {
    least_conn;
    server 10.0.1.11:80 max_fails=3 fail_timeout=30s;
    server 10.0.1.12:80 max_fails=3 fail_timeout=30s;
}
server {
    listen 80;
    server_name app.example.com;
    location / {
        proxy_pass http://backend;
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
        proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;
    }
}

生效：sudo nginx -t && sudo systemctl reload nginx
说明：Nginx 支持轮询、最少连接、IP 哈希、一致性哈希等算法，可按 URL、Header、Cookie 做细粒度路由。

示例二 HAProxy 四层/七层负载均衡

安装：sudo apt update && sudo apt install haproxy -y
配置 /etc/haproxy/haproxy.cfg（HTTP 示例）：

global
    log /dev/log local0
    daemon
    maxconn 4096

defaults
    log global
    mode http
    timeout connect 5s
    timeout client  50s
    timeout server  50s

frontend http-in
    bind *:80
    default_backend web-backend

backend web-backend
    balance roundrobin
    option httpchk GET /health
    server web1 10.0.1.11:80 check
    server web2 10.0.1.12:80 check

生效：sudo systemctl restart haproxy
说明：HAProxy 对 HTTP/TCP 都友好，支持丰富的健康检查与统计页面，适合做业务网关。

三、高可用部署模式

LVS + Keepalived（四层 + VIP 漂移）

两台负载均衡器共享 VIP（如 192.168.226.150），主节点故障自动切换至备节点。

示例要点（Keepalived 配置片段）：

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface eth0
    virtual_router_id 51
    priority 120
    advert_int 1
    authentication { auth_type PASS; auth_pass 1111 }
    virtual_ipaddress { 192.168.226.150 }
}
virtual_server 192.168.226.150 80 {
    delay_loop 6
    lb_algo wrr
    lb_kind DR
    protocol TCP
    real_server 10.0.1.11 80 { weight 1; TCP_CHECK { connect_timeout 8; retry 3; } }
    real_server 10.0.1.12 80 { weight 1; TCP_CHECK { connect_timeout 8; retry 3; } }
}

真实服务器（DR 模式）需配置 lo:0 绑定 VIP 并调 ARP 参数，避免响应冲突。

Nginx/HAProxy + Keepalived（七层 + VIP 漂移）
- 两台七层负载均衡器运行 Nginx/HAProxy，通过 Keepalived 管理 VIP；配合健康检查脚本（如检测进程存活或 /health 接口）实现故障切换。
- 健康检查脚本示例（/etc/keepalived/nginx_chk.sh）：
```
#!/usr/bin/env bash
curl -f http://127.0.0.1/health || exit 1
```
- Keepalived 中通过 vrrp_script 引用脚本并 track_script，主备优先级不同实现自动切换。

四、生产优化与排障要点

内核与 IPVS 优化（/etc/sysctl.d/lvs-optimization.conf）
- 连接跟踪与超时：net.netfilter.nf_conntrack_max、nf_conntrack_tcp_timeout_established
- 网络与缓冲区：net.core.rmem_max/wmem_max、netdev_max_backlog、tcp_rmem/wmem
- IPVS 行为：net.ipv4.vs.conn_reuse_mode、expire_nodest_conn、expire_quiescent_template
- TCP：tcp_keepalive_time、tcp_tw_reuse、tcp_max_syn_backlog 等
  应用：sudo sysctl -p /etc/sysctl.d/lvs-optimization.conf
观测与诊断
- LVS：ipvsadm -L -n/-n --stats/-n -c；查看 /proc/net/ip_vs_stats 与连接跟踪计数
- 系统：top/vmstat/ss -s；抓包 tcpdump；后端健康接口与日志
会话保持与算法选择
- 需要会话粘滞：Nginx 用 ip_hash 或 hash $request_uri consistent；LVS/HAProxy 提供源地址哈希与持久化选项
- 长连接/突发：考虑 least_conn 或带权重的调度（如 wrr/wlc）
安全与合规
- 在负载均衡器做 TLS 终止、开启 HTTP/2/gRPC、限制请求速率与 WAF 规则，减少后端暴露面

五、常见误区与建议

将 bonding（链路聚合/冗余） 与“负载均衡”混为一谈：bonding 提升链路可靠性，不负责把请求分发到多台应用服务器。
在 LVS DR 模式 忘记配置后端 ARP 抑制 与 VIP 回环，会导致响应错乱或 VIP 冲突。
健康检查配置不当（间隔过长/无重试/无失败阈值），会造成流量打到异常实例。
单实例负载均衡器未做主备，形成单点故障；建议至少双机 + VIP 漂移。

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