Nginx+LVS+Keepalived架构实战：百万级并发场景下的高可用负载均衡方案

在面对百万级并发访问的互联网业务时，单一服务器难以承载高并发与高可用的需求。Nginx、LVS与Keepalived的组合架构，是构建能够处理海量请求的四层（网络层）与七层（应用层）负载均衡系统的经典方案。

这是一个典型的四层与七层相结合的高并发、高可用架构方案。前端利用LVS进行高性能的四层负载均衡，并由Keepalived实现VIP漂移与故障切换；后端则由Nginx集群负责七层反向代理与动静分离。该组合能够稳定支撑百万级的并发连接，是构建大型互联网基础设施的常见选择。

整体架构设计

典型的架构数据流如下图所示：

其核心流程如下：

客户端（公网流量）
↓
LVS 主节点 (VIP: e.g., 192.168.1.100) ←→ LVS 备节点 (Keepalived管理切换)
↓ (DR模式转发)
Nginx集群 (e.g., 192.168.1.11~13，每个Nginx绑定VIP到lo:0接口)
↓ (七层代理)
后端应用服务器（如Tomcat集群）

LVS层架构设计

LVS（Linux Virtual Server）工作在内核态，能够实现极高的数据包转发性能，非常适合处理百万级别的连接。其主要职责是处理入口流量，并将其通过四层转发至后端的Nginx集群，避免Nginx服务器直接暴露在公网。

在高并发实战中，LVS-DR（Direct Routing）模式因其高效性而被广泛采用。在该模式下，LVS仅修改请求数据包的目标MAC地址为后端服务器的MAC，并在数据链路层直接转发。后端服务器使用自己的真实IP直接回复客户端，响应数据流无需再次经过LVS节点。这种模式消耗资源最少、吞吐量大，转发开销极小，尤其适合对吞吐量要求极高的网络通信场景。

Nginx层架构设计

Nginx在此架构中扮演第二级负载均衡与反向代理的角色，工作在第七层（应用层）。它负责处理诸如URL路由、会话保持、静态资源服务等更复杂的逻辑，并可以通过横向扩展来支撑高并发。

以下是一个基础的Nginx配置示例，用于将流量代理到后端应用服务器集群，并配置了健康检查接口：

worker_processes auto; # 根据CPU核心数自动设置
worker_connections 65535; # 每个工作进程的最大连接数

http {
    upstream backend {
        server 192.168.1.201:8080 weight=1; # 后端Tomcat服务器
        server 192.168.1.202:8080 weight=1;
        keepalive 64; # 启用到后端的连接池，提升性能
    }

    server {
        listen 80;
        location / {
            proxy_pass http://backend;
            proxy_set_header Host $host;
            # 可启用内置的健康检查模块
            # health_check;
        }
        # 为LVS或上层健康检查提供的接口
        location /health {
            return 200 'OK';
        }
    }
}

Keepalived架构设计

Keepalived在该方案中的核心作用是提供高可用性。它主要用于监控LVS和Nginx自身的状态，当主节点发生故障时，能够将虚拟IP（VIP）快速漂移到备用节点，实现无缝切换，切换时间通常可控制在1秒以内。这是因为LVS和Nginx本身不具备集群状态感知和主备切换的能力。

Keepalived可以通过自定义脚本扩展监控能力，例如检查Nginx进程是否存活：

vrrp_script chk_nginx { # 定义检查Nginx的脚本
    script “/etc/keepalived/check_nginx.sh”
    interval 2 # 检查间隔
    weight -5 # 检查失败时降低优先级
    fall 3 # 连续失败3次判定为故障
    rise 2 # 连续成功2次判定为恢复
}

通过结合VRRP协议和自定义健康检查，Keepalived能够确保服务的连续性和运维层面的高可用性，快速剔除故障节点，是整个架构稳定性的关键保障。这种将四层负载、七层代理与高可用管理组件分离的设计，是应对超大规模并发访问的有效实践。对于希望深入了解Nginx高级配置与调优的开发者，可以进一步探索其连接管理、缓存机制等特性。