负载均衡与高可用三剑客（LVS+NGINX+KEEPALIVED）

LVS是什么？

LVS是Linux Virtual Server的简称，也就是Linux虚拟服务器，是一个由章文嵩博士发起的自由软件项目，官方站点是：The Linux Virtual Server Project¹。LVS的目标是通过Linux操作系统和负载均衡技术，实现一个高性能，高可用，高可扩展的服务器集群系统²。

LVS的体系架构由三个部分组成：最前端的负载均衡层（Load Balancer），中间的服务器群组层（Server Array），最底层的数据共享存储层（Shared Storage）²。负载均衡层由一台或多台负载调度器（Director Server）组成，它们安装了LVS模块和监控模块，负责将用户的请求分发给后端的服务器（Real Server）。服务器群组层由一组提供应用服务的机器组成，它们可以是Web服务器，Mail服务器，FTP服务器等。数据共享存储层为所有的服务器提供共享的数据空间和内容一致性，它可以使用磁盘阵列或者集群文件系统等技术实现。

LVS有三种工作模式：NAT模式，DR模式和TUN模式²。NAT模式是通过修改数据包中的目标IP地址和端口来实现负载均衡，它要求后端服务器的网关指向负载调度器，请求和响应都要经过负载调度器转发。DR模式是通过修改数据包中的目标MAC地址来实现负载均衡，它要求后端服务器使用与负载调度器相同的虚拟IP地址（VIP），请求只经过负载调度器转发，响应直接返回给客户端。TUN模式是通过封装IP隧道来实现负载均衡，它适用于跨网络的集群系统，请求和响应都要经过负载调度器转发。

LVS有十种调度算法，用于选择合适的后端服务器来处理用户的请求²。这些算法有：轮询（RR），加权轮询（WRR），最少连接（LC），加权最少连接（WLC），局部性哈希（LH），目标地址哈希（DH），源地址哈希（SH），最短期望延迟（SED），最小连接数哈希（NQ），最近使用（LCU）等。

参考：
(1) 超详细！一文带你了解 LVS 负载均衡集群！ - 掘金.
(2) 超详细LVS详解与配置【转载】 - 知乎 - 知乎专栏.
(3) 電路佈局驗證 - 維基百科，自由的百科全書.
(4) LVS负载均衡（LVS简介、三种工作模式、十种调度算法）_chenhuyang的博客-CSDN博客.

KEEPALIVED是什么？

KEEPALIVED是一个用于提供高可用性的软件，它主要用于实现Linux服务器的故障转移和负载均衡¹。KEEPALIVED可以监控服务器的健康状况，如果检测到故障，它可以自动切换虚拟IP地址（VIP）到备用服务器上，从而保证服务的连续性²。KEEPALIVED还可以与LVS结合，实现更高效的负载均衡功能³。

KEEPALIVED的核心是VRRP协议，它是一种用于管理多台路由器的虚拟路由协议，可以实现路由器之间的动态备份¹。VRRP协议定义了一组路由器为一个VRRP组，其中一台为主路由器（Master），其他为备份路由器（Backup）。主路由器拥有一个虚拟IP地址（VIP），并负责转发数据包。备份路由器监听主路由器的心跳信号，如果检测不到心跳信号，就会通过选举产生一个新的主路由器，并接管VIP和数据转发¹。

KEEPALIVED的配置文件位于/etc/keepalived/keepalived.conf，它主要包含两个部分：全局定义（global_defs）和VRRP实例（vrrp_instance）²。全局定义部分用于设置一些全局参数，如路由器ID，邮件通知等。VRRP实例部分用于定义一个或多个VRRP组，包括组名，状态，优先级，接口，VIP等信息。例如：

global_defs {
  router_id LVS_DEVEL
  notification_email {
    [email protected]
  }
  notification_email_from [email protected]
  smtp_server localhost
  smtp_connect_timeout 30
}

vrrp_instance VI_1 {
  state MASTER
  interface eth0
  virtual_router_id 51
  priority 100
  advert_int 1
  authentication {
    auth_type PASS
    auth_pass 1111
  }
  virtual_ipaddress {
    192.168.0.100/24 dev eth0 label eth0:1
  }
}

这个配置文件定义了一个名为VI_1的VRRP实例，它的状态是MASTER，使用eth0接口，虚拟路由ID是51，优先级是100，广播间隔是1秒，认证方式是密码1111，虚拟IP地址是192.168.0.100/24。

参考：
(1) Keepalived User Guide — Keepalived 1.4.3 documentation.
(2) Setting up a Linux cluster with Keepalived: Basic configuration.
(3) Keepalived 原理与实战 - 知乎.
(4) Keepalived and high availability: Advanced topics - Enable Sysadmin.

NGINX是什么？

NGINX是一个开源的软件，它可以作为Web服务器，反向代理服务器，缓存服务器，负载均衡器，媒体流服务器等多种功能¹。它最初由Igor Sysoev编写，目的是解决C10K问题，即如何让Web服务器能够同时处理数万个并发连接²。NGINX采用了事件驱动，异步的架构，提高了性能和稳定性，成为了最快的Web服务器之一²。

NGINX作为Web服务器，可以提供静态和动态的内容，支持HTTP/2, WebSocket, gRPC等协议，支持FLV和MP4等多种视频格式的流媒体服务¹。NGINX还可以通过过滤器实现压缩，字节范围，分块响应，XSLT, SSI, 图像转换等功能¹。

NGINX作为反向代理服务器，可以将用户的请求转发给后端的服务器（如FastCGI, uwsgi, SCGI, memcached等），并对其进行缓存，负载均衡和容错¹。NGINX还可以作为邮件代理服务器，支持IMAP, POP3, SMTP等协议，并提供认证和连接重定向的功能¹。

NGINX作为负载均衡器，可以实现HTTP, TCP, UDP等协议的负载均衡，并提供多种调度算法，如轮询（RR），加权轮询（WRR），最少连接（LC），加权最少连接（WLC），哈希（DH, SH）等¹。NGINX还可以实现响应速率限制，连接数限制，访问控制等功能¹。

NGINX还有一个商业版的产品NGINX Plus，它在NGINX的基础上提供了一些额外的功能，如动态配置API，健康检查，会话持久化，活动监控等²。NGINX Plus还提供了专业的技术支持和服务²。

参考：
(1) nginx.
(2) What Is NGINX? - NGINX.
(3) Advanced Load Balancer, Web Server, & Reverse Proxy - NGINX.

LVS、NGINX、KEEPALIVED三者的区别

LVS、NGINX、KEEPALIVED三者都是用于实现高可用和负载均衡的软件，但它们有以下几个主要的区别：

• LVS是基于IP层的负载均衡，它通过修改数据包的目标IP或MAC地址来实现负载均衡，它不需要对数据包进行解析，所以性能很高，但也缺乏灵活性和功能性。LVS只能对TCP和UDP协议进行负载均衡，不能对HTTP等应用层协议进行负载均衡。
• NGINX是基于HTTP层的负载均衡，它通过解析HTTP请求头来实现负载均衡，它可以根据URL，Cookie，参数等信息来选择合适的后端服务器，所以灵活性和功能性很强，但也会消耗一定的性能。NGINX不仅可以对HTTP协议进行负载均衡，还可以对其他协议如TCP, UDP, SMTP等进行负载均衡。
• KEEPALIVED是基于VRRP协议的高可用软件，它通过在多台服务器之间共享一个虚拟IP地址（VIP）来实现故障转移和负载均衡，它可以监控服务器的健康状况，并在故障发生时自动切换VIP到备用服务器上。KEEPALIVED可以与LVS或NGINX结合使用，提供更高的可用性和可扩展性。

如何采用LVS+NGINX+KEEPALIVED， 实现整体服务的负载均衡与高可用

要采用LVS+NGINX+KEEPALIVED实现整体服务的负载均衡与高可用，你可以参考以下步骤¹²：

• 在两台或多台服务器上安装NGINX，配置好Web服务，并设置好回环虚拟IP（lo:1和lo:2），用于隐藏真实服务器的IP地址。
• 在两台或多台服务器上安装KEEPALIVED，配置好VRRP实例，设置好虚拟IP地址（VIP），优先级，认证方式等参数，并编写一个脚本来检测NGINX的运行状态，如果NGINX出现故障，就停止KEEPALIVED服务，让VIP切换到其他服务器上。
• 在两台或多台服务器上安装LVS，配置好调度算法，持续时间，转发模式等参数，并将NGINX服务器的回环虚拟IP作为真实服务器添加到LVS中。
• 在两台或多台服务器上安装KEEPALIVED，配置好VRRP实例，设置好虚拟IP地址（VIP），优先级，认证方式等参数，并编写一个脚本来检测LVS的运行状态，如果LVS出现故障，就停止KEEPALIVED服务，让VIP切换到其他服务器上。
• 最后，在客户端使用LVS的VIP来访问Web服务，LVS会根据调度算法将请求转发给NGINX的回环虚拟IP，NGINX会根据应用层协议处理请求并返回响应。如果某个NGINX或LVS出现故障，KEEPALIVED会自动切换VIP到其他正常的服务器上，从而实现高可用和负载均衡。

参考：
(1) keepalived+LVS+nginx搭建高可用负载均衡（二） - 知乎.
(2) Nginx双机主备（KeepAlived实现） - 知乎 - 知乎专栏.
(3) Nginx 集群负载（基于LVS和Keepalived）搭建 - W3Schools.
(4) 【全程干货-超详细步骤】LVS+Keepalived搭建双机热备高可用负载均衡(实战-可上生产环境) - 知乎.