day043-负载均衡算法与高可用keepalived

0. 老男孩思想-运维能为公司创造的价值

省钱：

• 服务器设备、机房带宽、云主机云服务
• 减少CDN流量
• 优化、架构改造，当流量增加时，能不能不增加机器也能实现业务
• 运维自动化-平台化-智能化，节约人力成本、时间成本

1. 负载均衡轮询算法

算法	应用
轮询	nginx默认算法
加权轮询	根据权重访问web服务器
ip哈希	对客户端ip地址进行hash计算，ip地址相同的流量会交给同一个web处理； 可以解决会话保持登录问题，但容易导致负载不均
url哈希	对客户端请求的url进行哈希计算，相同的url会访问同一个web节点；可作为缓存服务器
最小连接数	动态算法，根据连接情况转发
最小连接时间	动态算法，根据连接情况转发
一致性哈希算法	ip_hash的加强版，智能版本

1.1 加权轮询

upstream lb_pools {
	server 10.0.0.7:80 weight=1;
	server 10.0.0.8:80 weight=3;
}

1.2 ip哈希

upstream lb_pools {
	ip_hash;
	server 10.0.0.7:80 weight=1;
	server 10.0.0.8:80 weight=3;
}

1.3 url哈希

upstream lb_pools {
	hash $request_uri;
	server 10.0.0.7:80 weight=1;
	server 10.0.0.8:80 weight=3;
}

2. 负载均衡模块指令补充

upstream的server命令参数	说明
weight	权重
max_fails	设置允许的连续失败次数阈值，超过该阈值后，Nginx 会临时将服务器标记为不可用（进入 fail_timeout 惩罚期）
fail_timeout	默认是10秒，失败后10s后再次测试
backup	备用节点，其他所有节点挂了才会启动

• 雪崩（Avalanche Effect） 指系统中某个组件的故障引发连锁反应，最终导致整个系统崩溃的现象。其核心特点是 局部故障被放大为全局瘫痪。

3. 高可用

高可用（High Availability, HA） 指系统或服务能够持续稳定运行，即使出现硬件故障、软件错误或人为操作失误时，仍能保持可接受的服务水平（如低延迟、有限中断）。其核心目标是最小化停机时间，通常用百分比（如99.9%、99.99%）或年故障时间衡量。

• 99.9%可用性：年停机时间 ≤ 8.76小时（“三个九”）。
• 99.99%可用性：年停机时间 ≤ 52.6分钟（“四个九”）。
• 99.999%可用性：年停机时间 ≤ 5.26分钟（“五个九”，常见于金融系统）。

高可用服务软件	说明
keepalived	泛应用于Web 服务、数据库、Nginx/HAProxy 负载均衡器 等场景， 确保服务在单点故障时仍能正常运行。
heartbeat	高可用软件，设计数据库，存储数据相关可用
商业高可用软件	RoseHA……

4. keepalived

Keepalived 是一个基于 VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol，虚拟路由冗余协议） 协议的高可用解决方案，主要用于 IP 故障转移（Failover） 和 负载均衡健康检查。它广泛应用于 Web 服务、数据库、Nginx/HAProxy 负载均衡器 等场景，确保服务在单点故障时仍能正常运行。

• 通过 VRRP 协议实现 虚拟 IP（VIP） 在主备节点间的自动切换。
• 当主节点（Master）故障时，备用节点（Backup）自动接管 VIP，用户无感知。
  • 主节点定期给备用节点发送数据包，如果备用节点无法收到数据包表示主节点已经宕机，备用节点转为主节点，实现主节点服务处理
  • 发送数据包时使用vrrp的组播地址：224.0.0.18
• 适用于高并发场景，如 Web 服务器集群。

4.1 部署keepalived服务

• 下载软件

yum install -y keepalived

• 修改配置文件-主节点

[root@lb01 ~]# cat /etc/keepalived/keepalived.conf 

#全局定义部分
global_defs {
#每一个keepalived的名字,当前网络中唯一.
   router_id lb01  
}
#vrrp实例配置部分 用于配置VIP 设置主备 virtual_ipaddress
#vrrp设置名字.
#vrrp实例名字 在同1对主备之间要一致. 在当前keepalived软件中唯一.
vrrp_instance vip_3 {  
    #主/备  MASTER主  BACKUP备     大写            
    state MASTER  
    #指定网卡网卡 
    interface ens33
    #同1对主备之间这个id要一致.
    virtual_router_id 51 
    #优先级 数字越大优先级越高  设置建议: 主>备 100 50 相差50
    priority 100  
    #心跳间隔 多久发送一次vrrp数据包
    advert_int 1  
    #授权与认证,保持默认即可. 对数据包加密.
    authentication {   
        #简单认证
        auth_type PASS
         #1111 
        auth_pass 1111  
    }
    #设置vip※※※※
    virtual_ipaddress { 
    #label 设置了别名
        10.0.0.3 dev ens33 label ens33:0  
    }
}

• 配置文件-备用节点

[root@lb02 ~]# cat /etc/keepalived/keepalived.conf 
#全局定义部分
global_defs {
#每一个keepalived的名字,当前网络中唯一.
   router_id lb02  
}

#vrrp实例配置部分 用于配置VIP 设置主备 virtual_ipaddress
#vrrp设置名字.
#vrrp实例名字 在同1对主备之间要一致. 在当前keepalived软件中唯一.
vrrp_instance vip_3 {  
    #主/备  MASTER主  BACKUP备     大写                      
    state BACKUP   
    #指定网卡网卡 
    interface ens33
    #同1对主备之间这个id要一致.
    virtual_router_id 51 
    #优先级 数字越大优先级越高  设置建议: 主>备 100 50 相差50
    priority 50  
    #心跳间隔 多久发送一次vrrp数据包
    advert_int 1    
    #授权与认证,保持默认即可. 对数据包加密.
    authentication {   
        #简单认证
        auth_type PASS
         #1111 
        auth_pass 1111  
    }
    #设置vip※※※※
    virtual_ipaddress { 
    #label 设置了别名
        10.0.0.3 dev ens33 label ens33:0  
    }
}

4.2 脑裂故障

脑裂（Split-Brain） 是指主备节点之间因网络隔离或通信故障，导致 两个节点同时认为自己是 Master，并都持有 VIP（虚拟 IP），从而引发 数据冲突、服务不可用 等问题。

4.2.1 脑裂故障常见原因

原因	说明
网络隔离	主备节点之间网络中断（如交换机故障、防火墙规则错误等）
vrrp报文丢失	由于网络拥塞或配置错误，vrrp组播/单播报文未能正常传输
节点负载过高	主节点cpu/io过高，无法及时发送/响应vrrp报文，导致备用节点抢占vip
防火强/安全组限制	云环境中安全组未放行vrrp协议的默认端口或组播流量
配置不一致	主备节点中id和权限等配置不一致或错误

4.2.2 脑裂故障解决方法

• 只要备用节点有vip，那就直接关闭主节点的keepalived服务（直接让主节点宕机）
• 以负载均衡服务器的nginx服务为例，编写检查脚本，避免脑裂故障

[root@lb01 /server/scripts]# cat check_lb.sh 
#!/bin/bash
##############################################################
# File Name:check_lb.sh
# Version:V1.0
# Author:SunKexu
# Organization:www.oldboyedu.com
# Desc:
##############################################################

cnt=`ps -ef |grep -E [n]ginx |wc -l`
if [ $cnt -eq 0 ];then
	systemctl stop keepalived.service
fi

• 检查nginx服务是否存在，若发生故障，导致nginx服务停止，直接关闭keepalived服务，避免脑裂
• 脚本要有执行权限
• 脚本名字中不要包含服务名称
• 书写keepalived配置文件：

[root@lb01 /server/scripts]# cat /etc/keepalived/keepalived.conf 

#全局定义部分
global_defs {
#每一个keepalived的名字,当前网络中唯一.
   router_id lb01  
}
#定义监控脚本
vrrp_script check_lb.sh {   
   script /server/scripts/check_lb.sh
   interval 2
   weight  1
   user root 
}

#vrrp实例配置部分 用于配置VIP 设置主备 virtual_ipaddress
#vrrp设置名字.
#vrrp实例名字 在同1对主备之间要一致. 在当前keepalived软件中唯一.
vrrp_instance vip_3 {  
    #主/备  MASTER主  BACKUP备     大写                  
    state MASTER  
    #指定网卡网卡 
    interface ens33
    #同1对主备之间这个id要一致.
    virtual_router_id 51 
    #优先级 数字越大优先级越高  设置建议: 主>备 100 50 相差50
    priority 100  
    #心跳间隔 多久发送一次vrrp数据包
    advert_int 1  
    #授权与认证,保持默认即可. 对数据包加密.
    authentication {   
        #简单认证
        auth_type PASS
         #1111 
        auth_pass 1111  
    }
    #设置vip※※※※
    virtual_ipaddress { 
    #label 设置了别名
        10.0.0.3 dev ens33 label ens33:0  
    }
#这个vrrp实例使用 keep_lb.sh 脚本.
    track_script  {
      check_lb.sh 
    }
}

• 备用节点不用修改配置文件

5. 思维导图

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