负载均衡系统可以让Web服务器在轻松应对大流量数据而不至于出现宕机情况，本教程将详细讲解在Linux系统如何实现负载均衡和高可用。
什么是负载均衡
负载均衡是指将工作量分配到不同服务器的处理教程，就像在公司中将工作分成白班和夜班由不同员工来完成一样。负载均衡提高了系统的可靠性，因为它克服了单点故障。典型不具备负载均衡的单点系统如下图所示：
图.1 单点服务器系统
在单点服务器系统中，如果系统中的Web服务器出现故障，那么用户请求就得不到响应。同样，如果大量用户请求服务器相同页面，则处理用户请求的过程将变得十分缓慢。于是负载均衡系统被采用了，可以提高系统性能、提供备份以及避免故障。
本文将演示如何使用Nginx、HAProxy和Keepalived搭建具有负载均衡功能的Web服务器，系统典型拓扑图如下：
图.2 典型Nginx、HaProxy和Keepalived负载均衡系统拓扑结构
现在需要了解一下Nginx、HaProxy和Keepalived倒底可以做什么。
Nginx
Nginx，发音读做Engine-x，是一种开源Web服务器，但它又仅仅是Web服务器，它同样可以成为反向代理服务器、邮件代理服务器、负载均衡器、轻量级文件服务器以及HTTP缓存器。Nginx因其低资源消耗和高性能，所以被广大网站所采用。
HAProxy
HAProxy指High Availability Proxy，是一款开源负载均衡软件，为基于TCP和HTTP的应用提供负载均衡、高可用以及传输代理解决方案。它通过将工作负载分配到不同服务器的方式，来提高系统性能和稳定性。HAProxy的功能是将终端用户请求引导至可用的服务器为用户提供响应。
Keepalived
如果HAProxy负载均衡系统出故障，那该怎么办？
Keepalived是一款开源软件，支持负载均衡和高可用。它基本功能是为OSI传输模型中的两层提供负载均衡路由：
- OSI第四层：传输层
- OSI第七层：应用层
Keepalived可以实现如下功能：
- 健康检查：检测服务器是否运行正常
- 实现VRRP（virtual redundancy routing protocol-虚拟冗余路由协议）处理负载均衡故障
Keepalived使用虚拟IP作为主用负载均衡器和备用负载均衡器的浮动IP，以便在不同服务器间进行切换。如果主用服务器宕机，则自动由备用服务器处理web请求。
现在将开始逐步演示如何实现Web服务器的高可用和负载均衡。
Linux系统使用Nginx、HAProxy和Keepalived实现负载均衡
首先需要说明的是，本教程所做的配置仅为实验性质，只是为了让大家了解如何搭建负载均衡系统。如果在正式环境实现时，可能会根据不同情况做出相应的调整，希望本教程只是一个了解相应技术的学习材料，而不要被照搬用于正式环境。
作为演示，本教程使用CentOS Linux发行版，当然也可以使用其它发行版，但不保证所有命令在其它发行版也可正常执行。
实验环境需求说明
使用4台CentOS服务器，系统最小化安装即可：
- 2台CentOS安装nginx
- 2台CentOS安装HAProxy和Keepalived
本教程使用如下地址规划方案，大家可以根据实际情况自行修改对应的IP地址。
Nginx Web服务器：
- web1：172.16.200.100
- web2：172.16.200.200
HAProxy 负载均衡：
- HAProxy1：172.16.200.10
- HAProxy2：172.16.200.20
Keepalived 虚拟IP：
- 172.16.200.1
1] 安装Nginx
本部分是为规划的两台Web服务器安装Nginx，需要使用如下命令：
# yum install epel-release //安装epel软件库 # yum install nginx //安装nginx # systemctl start nginx //启动nginx # systemctl enable nginx //设置nginx自启动 # systemctl status nginx //查看nginx状态
安装成功后，使用如下命令开启防火墙的HTTP及HTTPS访问：
# firewall-cmd --zone=public --permanent --add-service=http # firewall-cmd --zone=public --permanent --add-service=https # firewall-cmd --reload
对于另一台Nginx服务器，重复执行以上命令。
现在就要修改服务器的首页内容了，注意命令会有所区别，用于识别响应请求的服务器，修改nginx的默认主面文件”/usr/share/nginx/html/index.html”为相应内容：
# echo -E "<h2>This is webserver 1</h2>" > /usr/share/nginx/html/index.html //web1执行 # echo -E "<h2>This is webserver 2</h2>" > /usr/share/nginx/html/index.html //web2执行
温馨提示：如果使用虚拟机进行测试，则可以配置好一台服务器，然后克隆到另一台，再对不同主机进行相应修改即可，这样不仅可以节省时间，又避免出现错误。
最后就是通过浏览器分别浏览不同服务器，查看web服务器是否工作正常。
图.3 分别浏览web服务器验证nginx工作状态
当然，如果不方便使用浏览器的话，使用”curl”命令也可以。
2] 使用HAProxy搭建负载均衡器
在另外两台HAProxy服务器，执行以下命令安装HAProxy：
# yum -y update # yum -y install haproxy
HAProxy的配置文件位于”/etc/haproxy/”，使用如下命令备份默认配置文件并新建一个新的配置文件”haproxy.cfg”：
# cd /etc/haproxy/ # mv haproxy.cfg haproxy.cfg_bac # touch haproxy.cfg # vim haproxy.cfg
将如下内容保存到新建的配置文件中：
global
log /dev/log local0
log /dev/log local1 notice
chroot /var/lib/haproxy
pidfile /var/run/haproxy.pid
maxconn 4000
user haproxy
group haproxy
daemon
defaults
mode http
log global
option httplog
option dontlognull
timeout connect 5000
timeout client 50000
timeout server 50000
frontend http_front
bind *:80
stats uri /haproxy?stats
default_backend http_back
#---------------------------------------------------------------------
# round robin balancing backend http
#---------------------------------------------------------------------
backend http_back
balance roundrobin
mode http
server web1 172.16.200.100:80 check # ip_address_of_1st_webserver_1
server web2 172.16.200.200:80 check # ip_address_of_1st_webserver_1
之后就是使用如下命令启动HAProxy、设置开机启动以及查看其工作状态：
# systemctl start haproxy # systemctl enable haproxy # systemctl status haproxy
HAProxy的状态页位于”http://IP_OF_HAProxy/haproxy?stats”，本例为”http://172.16.200.10/haproxy?stats”和”http://172.16.200.20/haproxy?stats”，可以查看HAProxy的运行统计。
图.4 HAProxy状态页
现在在终端”curl”多次HAProxy服务器，则会出现如下输出：
图.5 负载均衡功能测试
可以看到，多次访问HAProxy服务器时，每次请求都可能由不同的web服务器作出响应，这样就有效的分配了工作量，达到web服务器负载均衡的目的。
如果此时停止web2的Nginx服务，则HAProxy会自动检测到web2的故障，会将全部请求转向web1。
3] 使用Keepalived创建高可用
Keepalived需要同时安装在两台HAProxy负载均衡服务器上，一台作为主用另一台作用备用。
在两台HAProxy服务器上执行下如下命令安装Keepalived：
# yum install -y keepalived
Keepalived的配置文件为”/etc/keepalived/keepalived.conf”，使用如下命令备份原配置文件并创建一个新的配置文件：
# mv /etc/keepalived/keepalived.conf /etc/keepalived/keepalived.conf_bac # touch /etc/keepalived/keepalived.conf # vim /etc/keepalived/keepalived.conf
将如下内容添加到新建的配置文件中（注意修改其中的邮件地址为实际邮箱）：
global_defs {
notification_email {
rultr.com
service@rultr.com
}
notification_email_from service@rultr
smtp_server smtp.rultr.com
smtp_connect_timeout 30
router_id LVS_DEVEL
}
vrrp_instance VI_1 {
state MASTER
interface ens32 //设置侦听网络端口可以使用$ ip a命令查看
virtual_router_id 51
priority 101 //101用于主用服务器、100用于备份服务器
advert_int 1
authentication {
auth_type PASS
auth_pass rultr.com //设置认证密码
}
virtual_ipaddress {
172.16.200.1 //设置虚拟IP
}
}
注意：虚拟IP可以是负载均衡器网段内的任意可用地址，本例中负载均衡器IP地址分别为”172.16.200.10″和”172.16.200.20″，而虚拟IP则使用”172.16.200.1″。
根据负载均衡器的使用性质来编辑相应的配置文件，假设HAProxy1为主用，HAProxy2为备用，则备用服务器的配置文件”vrrp_instance”部分修改为：
vrrp_instance VI_1 {
state BACKUP
interface ens32
virtual_router_id 51
priority 100
advert_int 1
authentication {
auth_type PASS
auth_pass rultr.com
}
virtual_ipaddress {
172.16.200.1
}
}
最后，就是验证高可用负载均衡系统是否一切工作正常，输入如下命令：
# while true; do curl 172.16.200.1; sleep 5;done
在脚本执行过程中，我们如果停止主用keepalived的haproxy服务，则会报错连接被拒绝，之后再停止主用服务器的keepalived服务，则虚拟IP工作正常，业务自动切换至备用服务器，整个过程如下图所示：
图.6 手动模拟主用服务器故障测试Keepalived切换
相所，如果停止备用服务器的HAProxy服务和Keepalived服务，则不会出现任何切换，有兴趣的朋友可以自行测试。
以上就是使用HAProxy、Nginx和Keepalived实现负载均衡和高可用的全部内容，可以看出，系统具有高度的稳定性，即便出现服务器单点故障，也可以轻松实现自动切换，完全不需要人工干预。
对于需要深入了解HAProxy和Keepalived的朋友可以查看相关手册。