百万级并发架构设计:LVS+Nginx+Keepalived 方案详解!

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随着互联网和移动应用的快速发展，应用的并发量不断增加，传统单机架构已无法满足大规模的高并发需求。

为了应对百万级并发访问，现代化的架构设计需要具备高可用性、负载均衡能力和弹性伸缩特性。

LVS（Linux Virtual Server）、Nginx 和 Keepalived ，通过它们的有机结合，可以有效地应对高并发压力。

如何实现百万级负载架构

整体架构，如下图所示：

整体架构，分工如下：

LVS：前端四层负载均衡，将流量分发到 Nginx;

Nginx：中间七层负载均衡，反向代理到后端应用;

Keepalived：监控 LVS 和 Nginx，提供 VIP 漂移;

后端应用：业务服务器（如 Tomcat、Spring Boot）。

Nginx

Nginx：作为反向代理和负载均衡器，在 Web 服务器前提供请求转发、缓存和 SSL 协议处理等功能。

Nginx 可以作为前端的负载均衡器，利用轮询、最少连接等策略将流量均衡分发到后端 Web 服务器。

Upstream 配置：通过 upstream 配置，Nginx 可以管理一组服务器，并对其进行负载均衡。

upstream backend_servers {# 负载均衡算法# least_conn;# ip_hash;    server <app_server_ip_1>:<app_port> weight=5;    server <app_server_ip_2>:<app_port> weight=5;# ... 添加更多应用服务器} server {    listen <PORT>;    server_name <your_domain_or_VIP>;     location /{        proxy_pass http://backend_servers;        proxy_set_header Host $host;        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;# 其他 proxy 配置}# 其他 server 配置}

Nginx 可以和 LVS 一起工作，提供七层负载均衡和高级流量管理。

LVS

LVS (Linux Virtual Server)：提供四层负载均衡服务，负责将请求流量分发到多个后端 Web 服务器。

LVS 是内核级别的负载均衡，支持对 TCP 和 UDP 流量的高效转发。

它工作在操作系统的网络层，主要负责流量的分发和转发。

LVS工作原理

LVS 通过将客户端请求转发到多个真实服务器（Real Servers，简称 RS），实现负载均衡。

LVS 负责在请求和响应之间进行网络层的转发，通常采用轮询、最少连接、加权轮询等调度算法。

常用的调度算法：

• 轮询（Round Robin，RR）：请求平均分配给所有服务器。
• 最少连接（Least Connections，LC）：选择连接数最少的服务器。
• 加权轮询（Weighted Round Robin，WRR）：根据权重分配请求。

LVS 提供了多种工作模式：

• NAT（Network Address Translation）模式：LVS 修改请求包和响应包的源 IP 和目标 IP，适用于内网小型集群。
• DR（Direct Routing）模式：LVS 只修改目标 MAC 地址，后端服务器直接向客户端响应，性能最好，适用于同网段部署。
• TUN（IP Tunnel）模式：LVS 使用 IP 隧道将流量传输给后端服务器，适用于跨网段部署。

LVS 作为负载均衡器，需要和 Keepalived 配合使用，以保证虚拟 IP 地址的高可用性。

Keepalived

Keepalived 是一款高可用性管理工具，使用 VRRP 协议实现主备 LVS 节点的 VIP 漂移。

当主节点故障时，VIP 会自动漂移到备节点，确保系统的高可用性。

Keepalived 通过 VRRP 协议在主备节点间共享虚拟 IP 地址。

主节点通过一定的优先级和健康检查机制，决定是否保持 VIP。

如果主节点失效，备节点会通过 Keepalived 获取 VIP，接管流量。

配置 Keepalived 时，需要为主备 LVS 服务器配置相同的 VIP 地址。

Keepalived 会定期检查 LVS 节点的健康状况，如果主节点出现故障，VIP 会迅速漂移到备节点。

vrrp_instance VI_1 {    state MASTERinterface eth0    virtual_router_id 51    priority 100    advert_int 1    virtual_ipaddress {192.168.1.100}}

最后，整体如下：

+--------------------------++-------------------++------------------+|    LVS LoadBalancer|----|NginxFrontend|-----|WebServers||(Virtual IP Address)||(Proxy&Cache)||(Application)|+--------------------------++-------------------++------------------+|||+--------------------++--------------------++-----------------+|||||+----------++----------+||Keepalived||Keepalived|+-----------+|(Failover)||(Failover)||Database|+----------++----------++-----------+

通过 Keepalived 实现 LVS 和 Nginx 的主备切换，保障系统的高可用性。

通过 LVS 和 Nginx 提供四层和七层的流量分发，确保流量均衡地分配到各个 Web 服务器。

以上

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