部署LVS教程：构建高可用负载均衡集群的完整指南

引言：LVS的核心价值与适用场景

LVS（Linux Virtual Server）作为开源的负载均衡解决方案，通过在Linux内核层实现流量分发，能够以极低的性能损耗处理数万级并发连接。其典型应用场景包括：

• 高并发Web服务：分散请求至后端服务器池
• 微服务架构：作为API网关实现服务发现与负载均衡
• 数据库集群：读写分离场景下的流量调度
• 混合云环境：跨机房流量智能路由

相较于Nginx/HAProxy等用户态解决方案，LVS的IPVS模块直接工作在网络层（OSI第三层），具备更高的吞吐量和更低的延迟。本文将系统讲解LVS的部署流程，包含基础DR模式配置、调度算法优化及Keepalived高可用实现。

一、环境准备与前置条件

1.1 硬件要求

• Director Server（调度器）：双网卡配置（内网eth0、外网eth1），建议CPU核心数≥4，内存≥8GB
• Real Server（真实服务器）：单网卡即可，需与Director处于同一子网
• 网络拓扑：推荐使用千兆交换机，避免跨VLAN通信

1.2 软件依赖

# CentOS 7/8系统基础依赖
yum install -y ipvsadm keepalived gcc make popt-devel kernel-devel

1.3 内核参数优化

在/etc/sysctl.conf中添加：

net.ipv4.ip_forward = 1
net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.default.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.default.arp_announce = 2

执行sysctl -p生效，这些参数确保：

• 启用IP转发功能
• 防止Director响应ARP请求（DR模式关键）
• 精确控制ARP报文通告范围

二、LVS核心组件安装与配置

2.1 IPVS模块加载

# 检查模块是否已加载
lsmod | grep ip_vs
# 若未加载则手动加载
modprobe ip_vs
modprobe ip_vs_rr  # 轮询算法
modprobe ip_vs_wrr # 加权轮询
modprobe ip_vs_sh  # 源地址哈希

2.2 DR模式实现原理

Direct Routing（直接路由）模式特点：

• Real Server直接使用VIP作为回环地址
• Director仅修改目标MAC地址，不修改IP包头
• 性能最优：无NAT开销，适合大规模集群

2.3 配置流程（以DR模式为例）

Director Server配置：

# 绑定VIP到回环设备（避免ARP冲突）
ifconfig lo:0 192.168.1.100 netmask 255.255.255.255 broadcast 192.168.1.100 up
route add -host 192.168.1.100 dev lo:0
# 配置IPVS规则
ipvsadm -A -t 192.168.1.100:80 -s wrr
ipvsadm -a -t 192.168.1.100:80 -r 192.168.1.101:80 -g
ipvsadm -a -t 192.168.1.100:80 -r 192.168.1.102:80 -g

参数说明：

• -s wrr：使用加权轮询算法
• -g：DR模式标记

Real Server配置：

# 在回环设备绑定VIP（需设置特殊ARP参数）
ifconfig lo:0 192.168.1.100 netmask 255.255.255.255 broadcast 192.168.1.100 up
# 创建/etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-lo:0
DEVICE=lo:0
IPADDR=192.168.1.100
NETMASK=255.255.255.255
NETWORK=127.0.0.0
BROADCAST=192.168.1.100
ONBOOT=yes
NAME=loopback

三、调度算法深度解析与选型建议

3.1 常用算法对比

算法名称	原理	适用场景
Round Robin	循环分配请求	后端服务器性能一致
Weighted RR	按权重分配请求	服务器性能不均
Least Connections	分配给当前连接数最少的服务器	长连接应用（如数据库）
Shortest Expected Delay	考虑权重和当前负载	突发流量场景

3.2 动态反馈机制实现

通过ipvsadm --set命令调整参数：

# 设置TCP超时时间为300秒，TCP FIN超时为60秒
ipvsadm --set 300 60 300

四、Keepalived高可用实现

4.1 双机热备架构

┌─────────┐    ┌─────────┐
│ MASTER  │    │ BACKUP  │
│ Director│    │ Director│
└─────────┘    └─────────┘
     │               │
     └───────┬───────┘
             │
             ▼
┌───────────────────────┐
│       Real Server     │
│ 192.168.1.101-103    │
└───────────────────────┘

4.2 Keepalived配置示例

MASTER配置：

vrrp_script chk_httpd {
    script "killall -0 httpd"  # 检查httpd进程
    interval 2
    weight -20
}
vrrp_instance VI_1 {
    interface eth0
    state MASTER
    virtual_router_id 51
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.1.100
    }
    track_script {
        chk_httpd
    }
}

BACKUP配置：

vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    priority 90
    # 其他参数与MASTER一致
}

五、监控与故障排查

5.1 实时监控命令

# 查看IPVS连接表
ipvsadm -Ln
# 监控连接数变化
watch -n 1 "ipvsadm -Ln | grep :80"
# 检查Keepalived状态
systemctl status keepalived
ip addr show eth0

5.2 常见问题处理

问题1：Real Server无法接收请求

• 检查项：
  • arp_ignore和arp_announce参数是否生效
  • 防火墙是否放行ARP请求（iptables -L -n）
  • 交换机是否配置了MAC地址绑定

问题2：VIP切换失败

• 排查步骤：
  1. 检查VRRP通信是否正常（tcpdump -i eth0 vrrp）
  2. 验证优先级配置是否正确
  3. 检查网络分区情况

六、性能优化实践

6.1 连接复用优化

在/etc/sysctl.conf中添加：

net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 8192

6.2 核绑定优化

# 绑定IPVS进程到特定CPU核心
taskset -cp 0-3 $(pidof ipvsadm)

七、进阶部署方案

7.1 跨机房LVS部署

采用隧道模式（TUN）实现：

ipvsadm -A -t 10.0.0.100:80 -s wlc
ipvsadm -a -t 10.0.0.100:80 -r 20.0.0.101:80 -i  # 使用隧道模式

需在Real Server上配置：

ip tunnel add tun0 mode ipip remote 10.0.0.1 local 20.0.0.1
ifconfig tun0 10.0.0.100 netmask 255.255.255.255 up

7.2 动态权重调整

通过ipvsadm --rate实时调整权重：

ipvsadm -e -t 192.168.1.100:80 -r 192.168.1.101:80 -w 50  # 调整权重为50

总结与最佳实践

1. 模式选择：

   • 同机房部署优先选择DR模式
   • 跨机房部署考虑TUN模式

2. 监控体系：

   • 部署Prometheus+Grafana监控IPVS连接数
   • 设置连接数阈值告警

3. 灾备方案：

   • 保持Director与Backup配置同步
   • 定期进行故障切换演练

4. 性能基准：

   • 单机LVS可处理10万+并发连接
   • 延迟增加控制在0.1ms以内

通过系统化的部署和优化，LVS集群能够提供接近硬件负载均衡器的性能表现，同时保持Linux生态的灵活性和成本优势。建议结合具体业务场景进行参数调优，并建立完善的监控告警机制。