基于Linux高可用性負載均衡集群技術的研究與應用

吳海明

摘 要：隨著互聯網的迅速發展，Linux操作系統在市場上得到了廣泛的應用。文章以CentOS操作系統為平臺，使用Nginx，Keepalived開源軟件實現了高可用性負載均衡集群，確保企業網站7×24小時穩定運行。

關鍵詞：Linux；Keepalived；負載均衡；高可用集群

中圖分類號：TP316.81 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）36-0017-02

Abstract： With the rapid development of the Internet， Linux Operating System has been widely used in the market. In this paper， with the CentOS Operating System as the platform， adopts the Nginx and Keepalived open source software to achieve high availability load balancing cluster， so as to ensure the stable operation of enterprise Web site 724 hours.

Keywords： Linux； Keepalived； load balancing； highly available cluster

引言

企業信息化的發展伴隨著企業的發展，企業網站的訪問量也隨著迅速增長，這背后也需要有大量的服務器來支撐，這對服務器的性能，可靠性要求高。在此種情況下，企業網站面對大量用戶訪問、高并發請求、硬件投入等問題。本文將從低成本、高擴展、高可用、高性能的角度出發，探討使用負載均衡集和高可用性集群架構，例如典型LAMP網站架構。

1 集群基本概念

1.1 集群簡介

集群技術可以在付出較低成本的情況下獲得性能、可靠性、靈活性方面相對較高的收益，其任務調度則是集群系統中的核心技術。為什么要使用集群？低廉的設備組成計算機集群能做到大型機所做運算處理能力的事，即高性能；在達到同樣性能需求條件下，采用計算機集群架構比采用同等運算能力的大型計算機具有更高的性價比，即價格有效性；當服務負載、壓力增長時，針對集群系統進行較簡單的擴展即可滿足需求，即可伸縮性，還有高可用性、透明性、可管理性和可編程性特點。

1.2 負載均衡集群

負載均衡集群為企業提供了更為實用、性價比更高的系統架構解決方案。負載均衡集群運行時，一般是通過一個或多個前端負載均衡將客戶訪問的請求分發到后端的一組服務器上，從而達到整個系統的高性能和高可用性。負載均衡集群的作用包括：分擔用戶訪問請求的數據流量；保持業務連續性，即7×24小時服務；應用于Web業務及數據庫等服務器的業務，本文所使用的負載均衡集群典型的開源軟件為Nginx。

1.3 高可用性集群

高可用性集群使服務器系統的運行速度和響應速度會盡可能更快。經常利用在多臺機器上運行的冗余節點和服務不相互跟蹤。如果某個節點失敗，它的替補將在幾秒鐘或更短時間內接管它的職責。此過程并不影響整個集群的運行。高可用性集群的作用包括：當一臺服務器宕機時，另外一臺服務器接管宕機的機器的IP資源和服務資源，提供服務；用于不易實現負載均衡的應用，比如負載均衡器，主數據、主存儲等，本文所使用高可用性集群常用的開源軟件為Keepalived。

Keepalived是實現web網站及數據庫服務易用的高可用軟件解決方案。如圖1所示：

2 企業級Nginx+keepalived高可用性集群

Nginx負載均衡位于整個網站架構的最前端或者中間層，如果為最前端時單臺Nginx會存在單點故障，一臺Nginx宕機，會影響用戶對整個網站的訪問。所以需要加入Nginx備份服務器，Nginx主服務器與備份服務器之間形成高可用，一旦發現Nginx主宕機，能快速將網站切換至備份服務器。主備模式始終存在一臺服務器處于空閑狀態，如何更好地把兩臺服務器利用起來呢？可以借助Nginx+keepalived雙主構來實現，如圖2所示，同時兩臺對外提供服務，擁有兩個VIP地址，同時接收用戶請求。

3 企業網站架構

企業網站架構主要由負載均衡服務、Web服務、數據庫服務、存儲服務、備份服務幾部分組成實現，即負載均衡服務器、Web服務器、數據庫服務器、應用服務器和管理服務器等幾部分組成。

3.1 采用Nginx反向代理及負載均衡服務

企業網站訪問量越大，對企業的Web服務器來說，要承擔用戶的并發訪問性壓力也越大，采用Nginx、keppalived作為前端高可用性負載均衡集群，能有效分配用戶訪問web服務器的壓力，減輕整個系統負擔，從而提高整個網站的性能，為用戶提供不間斷的網站運行服務。

3.2 LNMP Web服務

由LNMP Web服務器主要服務為Nginx靜態服務，以及結合Nginx的PHP FastCGI解析動態PHP服務。同時把所有站點內用戶上傳的資源目錄掛載到后端的NFS存儲服務器的對應目錄上或是直接存放到NFS共享服務器上。將數據庫服務器上的數據，Web服務器上的訪問日志，網站程序備份到rsync備份服務器上。

3.3 數據庫服務器

典型的LNMP架構，MySQL非常適合承擔后臺數據庫，然后數據庫又通過keepalived高可用集群，實現MySQL主從同步復制可以實現數據庫備份，保證網站數據的快速恢復，可以基于keepalived軟件實現網站自動IP切換，發現MySQL宕機，會自動切換至從庫上，從而保證網站高可用率。企業中實際常用的中小型規模網站集群邏輯架構圖，如圖3所示。

4 結束語

對于現有的企業網站或正要建設網站的企業來說，需要考慮開發成本，網站訪問量，網站性能及運行穩定等因素。建議將網站部署成具有高可用負載均衡性能的集群網站，可使企業降低成本、提高網站整體性能、保障網站數據安全，確保7×24小時不宕機的重要考慮因素，隨著高可用負載均衡技術的成熟，其應用也將越來越廣泛。

參考文獻：

[1]劉思堯.基于Linux平臺的高可用集群管理系統的研究與實現[D].西北大學，2012.

[2]老男孩.跟老男孩學Linux運維Web集群實戰[M].北京：機械工業出版社，2016.

[3]吳光科.曝光：Linux企業運維實戰[M].北京：清華大學出版社，2018.

[4]百度百科[EB/OL].https：//baike.ba

idu.com/item/集群技術/9774443.

[5]王波.Linux高可用負載均衡集群技術的研究與應用[J].電子商務，2013.