Linux web服务器负载均衡如何配置？-凌峰创科服务平台

什么是负载均衡？

负载均衡是一种将网络流量或计算负载分布到多个服务器上的技术,其主要目的是：

（图片来源网络，侵删）

高可用性：当其中一台后端服务器宕机时，负载均衡器可以自动将流量转移到其他健康的服务器上,确保服务不中断。
可扩展性：随着用户量的增长，可以通过简单地增加后端服务器来水平扩展服务能力,而无需对应用本身做大的修改。
性能优化：将请求均匀分配给各个服务器，避免单台服务器因过载而响应缓慢,从而提升整体用户体验。
安全增强：可以隐藏后端服务器的真实IP地址，作为所有流量的入口，提供一层额外的保护，配合WAF（Web应用防火墙）等,可以更好地防御攻击。

负载均衡的核心概念

在深入了解方案前,需要先理解几个关键术语：

LB (Load Balancer)：负载均衡器,负责分发流量的设备或程序。
VIP (Virtual IP Address)：虚拟IP地址，是客户端访问服务的统一入口，这个IP地址不绑定在任何一台具体的服务器上,而是由负载均衡器持有。
RIP (Real IP Address)：真实IP地址,后端每台Web服务器的实际IP地址。
DIP (Destination IP Address)：目标IP地址，在NAT模式下，指负载均衡器将流量转发出去时使用的IP（通常是VIP）。
SIP (Source IP Address)：源IP地址，在NAT模式下，指客户端的真实IP地址，负载均衡器在转发请求时,可以修改SIP。
调度算法：决定如何将请求分配给后端服务器的策略，常见的有：
- 轮询：将请求按顺序依次分配给后端服务器，默认算法,实现简单。
- 加权轮询：根据服务器的性能差异，给不同的服务器分配不同的权重,性能好的服务器获得更多请求。
- 最少连接：将请求分配给当前连接数最少的服务器,更好地处理长连接服务。
- 源地址哈希：根据客户端的IP地址进行哈希计算，来自同一个IP的请求总是被分配到同一台服务器,适用于需要会话保持的场景。
- IP哈希：与源地址哈希类似,但只使用IP地址进行哈希。
会话保持：也称为粘性会话，确保来自同一用户的多次请求总是被发送到同一台后端服务器，这对于需要记录用户状态的应用（如购物车）非常重要。

Linux上实现负载均衡的几种主流方案

在Linux生态中，实现负载均衡主要有三种方式：软件负载均衡、反向代理和云服务商负载均衡。

LVS (Linux Virtual Server) - 四层/传输层负载均衡

LVS是工作在Linux内核中的、基于IP层的负载均衡解决方案，性能极高，被称为“十全十美”的负载均衡器，它工作在OSI模型的第四层（传输层），只处理TCP/UDP数据包，不关心具体的应用层内容（如HTTP头）。

工作模式：
（图片来源网络，侵删）
- NAT (Network Address Translation)：最经典的模式，客户端请求 -> VIP -> 负载均衡器将请求源地址改为自己的DIP，目标地址改为RIP -> 后端服务器处理 -> 服务器返回给DIP -> 负载均衡器将响应源地址改为VIP，目标地址改为客户端IP。缺点：负载均衡器会成为性能瓶颈。
- DR (Direct Routing)：高性能模式，客户端请求 -> VIP -> 负载均衡器只修改目标MAC地址，将数据帧直接发给后端服务器 -> 后端服务器处理，并直接响应给客户端。要求：负载均衡器和所有后端服务器必须在同一个物理网段。这是最常用的模式。
- TUN (Tunneling)：隧道模式，允许后端服务器分布在不同的地理位置，通过IP-in-IP隧道技术进行通信,配置最复杂。
管理工具：
- ipvsadm：命令行工具,用于配置和管理LVS规则。
- Keepalived：常与LVS配合使用，提供VRRP（虚拟路由冗余协议）功能,实现负载均衡器自身的高可用。
优点：
- 性能极高，基于内核,抗并发能力强。
- 稳定可靠,是许多大型网站的首选。
缺点：
- 配置相对复杂,需要一定的网络知识。
- 功能单一,只做四层负载均衡。

Nginx - 七层/应用层负载均衡

Nginx最初是一款高性能的反向代理和Web服务器，现在也成为了最流行的七层负载均衡器，它工作在OSI模型的第七层（应用层），可以理解HTTP/HTTPS协议，因此可以实现更智能、更精细的负载均衡。

（图片来源网络，侵删）

核心功能：
- 基于域名、路径的负载均衡：可以将 www.example.com/api 的请求分发给一组服务器，而将 www.example.com/static 的请求分发给另一组服务器。
- 健康检查：定期向后端服务器发送心跳请求（如HTTP /health），如果服务器连续N次无响应,则将其从负载均衡池中摘除。
- SSL/TLS卸载：在负载均衡器上统一处理HTTPS的加解密，将普通的HTTP请求转发给后端服务器,减轻后端服务器的CPU压力。
- 动静分离：将静态资源（图片、CSS、JS）的请求直接由Nginx处理,动态请求转发给后端应用服务器。
- 丰富的调度算法：支持加权轮询、最少连接、IP哈希等。

配置示例 (/etc/nginx/nginx.conf)：

http {
    # 定义后端服务器组
    upstream myapp1 {
        # 加权轮询，weight越大，分配的请求越多
        server 10.0.0.1:8080 weight=3;
        server 10.0.0.2:8080 weight=2;
        server 10.0.0.3:8080 weight=1;
        # 健康检查，每5秒检查一次，超时3秒，2次失败则认为服务器不可用
        # 需要nginx_upstream_check_module模块支持
        # check interval=3000 rise=2 fall=3 timeout=1000 type=http;
        # check_http_send "GET /health HTTP/1.0\r\n\r\n";
        # check_http_expect_alive http_2xx http_3xx;
    }
    server {
        listen 80;
        server_name www.example.com;
        location / {
            # 将请求代理到myapp1服务器组
            proxy_pass http://myapp1;
            # 设置一些代理头
            proxy_set_header Host $host;
            proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
            proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
            proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;
        }
    }
}

优点：
- 功能强大，灵活,配置简单。
- 不仅是负载均衡器，还集成了Web服务器、反向代理、缓存等多种功能。
- 社区活跃,文档丰富。
缺点：
- 性能相比LVS（DR模式）略低，因为工作在应用层,需要解析数据包内容。
- 在处理海量长连接时,内存消耗相对较大。

HAProxy - 高性能七层/四层负载均衡

HAProxy是另一款非常著名且专业的负载均衡软件，尤其以其高性能、高稳定性和丰富的健康检查功能而著称，它既可以工作在四层,也可以工作在七层。

特点：
- 性能卓越：在处理HTTP/HTTPS负载均衡时,性能通常优于Nginx。
- 配置强大：ACL（访问控制列表）功能非常强大，可以根据请求的任何内容（如URL、Header、Cookie等）进行复杂的路由决策。
- 健康检查精细：内置了非常灵活的健康检查机制，支持TCP、HTTP、SMTP等多种协议。
- 日志和监控友好：提供了详细的日志和统计页面,便于监控和管理。

配置示例 (/etc/haproxy/haproxy.cfg)：

# 全局配置
global
    daemon
    chroot /var/lib/haproxy
    stats socket /run/haproxy/admin.sock mode 600 level admin
    stats timeout 30s
# 默认配置
defaults
    mode http
    timeout connect 5000
    timeout client 50000
    timeout server 50000
# 前端，定义VIP和端口
frontend my-http-in
    bind *:80
    # ACL规则：如果路径是/stats，则访问统计页面
    acl url_stats path_beg /stats
    use_backend stats_page if url_stats
    # 默认情况，将请求转发到后端服务器组
    default_backend myapp
# 后端，定义服务器池
backend myapp
    balance roundrobin
    # server格式: name ip:port [check params]
    server web1 10.0.0.1:8080 check inter 2000 rise 2 fall 3
    server web2 10.0.0.2:8080 check inter 2000 rise 2 fall 3
    server web3 10.0.0.3:8080 check inter 2000 rise 2 fall 3
# 统计页面后端
backend stats_page
    stats enable
    stats uri /stats
    stats refresh 30s
    stats auth admin:yourpassword

优点：
- 专业的负载均衡工具,功能专注且强大。
- 性能和稳定性在业界有口皆碑。
缺点：
- 配置语法比Nginx略显复杂。
- 除了负载均衡，其他功能（如Web服务器）较少。

方案对比与选择

特性	LVS (DR模式)	Nginx	HAProxy
工作层级	四层	七层（为主）	四层/七层
性能	极高	高	非常高
功能丰富度	低（仅负载均衡）	极高（Web、反向代理、缓存等）	高（专注负载均衡）
配置复杂度	较高	简单	中等
健康检查	基础（TCP）	丰富（HTTP等）	非常丰富（支持多种协议）
会话保持	需要配合LVS模块	原生支持（IP Hash等）	原生支持（Cookie Insert等）
适用场景	超大规模、对性能要求极致的场景	中小型网站、Web应用、需要动静分离的场景	对性能和稳定性要求高、需要复杂路由规则的企业级应用

如何选择？

追求极致性能和稳定性，且业务相对简单（如TCP转发、四层负载）：首选 LVS。
中小型Web应用，需要动静分离、反向代理、SSL卸载等多种功能，且配置要简单：首选 Nginx，这是目前最主流、最通用的选择。
大型企业级应用，对负载均衡的健壮性、监控和精细路由有极高要求：首选 HAProxy。
不想自己维护负载均衡服务器：直接使用 云服务商提供的负载均衡服务（如阿里云SLB、腾讯云CLB、AWS ELB），它们底层通常基于LVS或HAProxy，并提供了高可用、弹性伸缩、按量付费等一站式解决方案。

完整实践案例：使用Nginx实现Web负载均衡

假设我们有以下环境：

负载均衡器：168.1.100 (安装Nginx)
后端Web服务器1：0.0.1 (安装Nginx/Apache)
后端Web服务器2：0.0.2 (安装Nginx/Apache)
VIP：168.1.100 (负载均衡器的外网IP)

步骤1：在后端服务器上配置Web服务 确保两台后端服务器 (0.0.1 和 0.0.2) 都能正常运行Web服务，并且可以通过IP访问到，为了区分，可以在各自的首页 (/usr/share/nginx/html/index.html) 上写上不同的文字，如 "Server 1" 和 "Server 2"。

步骤2：在负载均衡器上安装和配置Nginx

# 安装Nginx (以CentOS为例)
sudo yum install -y nginx
# 备份默认配置
sudo cp /etc/nginx/nginx.conf /etc/nginx/nginx.conf.bak
# 编辑Nginx配置文件
sudo vim /etc/nginx/nginx.conf

步骤3：编写Nginx负载均衡配置 在 http 块中添加如下配置：

http {
    # ... 其他配置 ...
    # 定义后端服务器组
    upstream backend_servers {
        # 使用加权轮询算法
        server 10.0.0.1:80 weight=1;
        server 10.0.0.2:80 weight=1;
        # 启用IP哈希，实现会话保持（可选）
        # ip_hash;
        # 启用最少连接算法（可选）
        # least_conn;
    }
    # 定义前端服务
    server {
        listen 80;
        server_name lb.example.com; # 你的域名，或者直接用IP
        location / {
            # 将请求代理到我们定义的后端服务器组
            proxy_pass http://backend_servers;
            # 传递客户端真实IP
            proxy_set_header Host $host;
            proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
            proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
            proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;
        }
    }
}

步骤4：启动并测试

# 检查配置文件语法
sudo nginx -t
# 如果没有问题，启动或重载Nginx
sudo systemctl start nginx
# 或者
sudo nginx -s reload
# 测试
# 在客户端机器上，不断访问 http://192.168.1.100
# 你会看到页面内容在 "Server 1" 和 "Server 2" 之间轮换出现，证明负载均衡生效。

高可用性考虑

单点故障是任何系统都必须面对的问题，负载均衡器本身也可能宕机,通常需要为负载均衡器本身做高可用。

Keepalived + LVS/HAProxy：这是最经典的组合，两台负载均衡器组成一个VRRP组，共享一个虚拟IP（VIP），正常情况下，主负载均衡器工作，处理所有流量；当主节点故障时，备用节点会接管VIP，成为新的主节点,从而实现负载均衡器的高可用。
Nginx + Keepalived：同样可以使用Keepalived为Nginx做高可用,原理与LVS相同。
云服务商的负载均衡服务：云服务商通常会提供多可用区部署，自动实现负载均衡器的高可用,无需用户额外配置。

在Linux上实现Web服务器负载均衡，方案多样，各有千秋，对于绝大多数应用场景，Nginx凭借其易用性和丰富的功能集，是入门和首选的最佳实践，当业务规模增长到对性能和稳定性有极致要求时，HAProxy或LVS会是更优的选择，而利用云服务则是省心省力、快速上路的现代化方案，理解每种方案的核心原理和适用场景，是构建一个健壮、可扩展的Web服务的关键。

Linux web服务器负载均衡如何配置？

什么是负载均衡？

负载均衡的核心概念

Linux上实现负载均衡的几种主流方案

LVS (Linux Virtual Server) - 四层/传输层负载均衡

Nginx - 七层/应用层负载均衡

HAProxy - 高性能七层/四层负载均衡

方案对比与选择

完整实践案例：使用Nginx实现Web负载均衡

高可用性考虑

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