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《K8s中基于Keepalived的负载均衡策略深度解析》
K8s与负载均衡概述
在Kubernetes（k8s）环境中，负载均衡是确保服务高可用性和高效处理请求的关键机制，随着容器化应用的广泛部署，如何合理地将流量分配到多个后端实例成为一个重要的课题。
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K8s本身提供了多种负载均衡的方式，例如Service对象，Service在k8s集群中扮演着将流量导向一组Pod的角色，它可以基于不同的规则来分发请求，如轮询（Round - Robin）、基于权重等，在一些复杂的场景下，尤其是对于需要高可用的网络服务，单纯依靠k8s原生的负载均衡可能无法满足需求。
Keepalived简介
Keepalived是一个基于VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol）协议的高可用解决方案，它主要用于在网络中提供故障转移和冗余功能。
（一）VRRP协议原理
VRRP协议允许一组路由器（在Keepalived的场景下可以理解为服务器节点）协同工作，对外呈现为一个虚拟路由器，在这个虚拟路由器中，有一个主路由器（Master）负责处理所有发往虚拟IP地址（VIP）的流量，其他路由器则作为备份（Backup），主路由器会定期向备份路由器发送心跳消息，如果备份路由器在一定时间内没有收到主路由器的心跳消息，就会认为主路由器出现故障，然后其中一个备份路由器会自动升级为主路由器，接管VIP并继续处理流量，这个过程对客户端来说是透明的。
（二）Keepalived的功能特点
1、健康检查
- Keepalived可以对后端的真实服务器（在k8s中可以是Pod或者一组Pod）进行健康检查，它支持多种检查方式，如TCP连接检查、HTTP检查等，通过定期检查后端服务器的健康状态，Keepalived可以确保只有健康的服务器参与到负载均衡中。
2、故障转移
- 当检测到主服务器故障时，Keepalived能够快速地将流量切换到备份服务器上，这种故障转移的速度非常快，可以最大限度地减少服务中断的时间，从而提高服务的可用性。
3、权重分配
- Keepalived允许为不同的后端服务器设置权重，权重可以根据服务器的性能、处理能力等因素来确定，在负载均衡过程中，权重较高的服务器会接收到更多的流量，从而实现更合理的流量分配。
三、在K8s中集成Keepalived实现负载均衡
（一）部署Keepalived
1、容器化部署
- 在k8s环境中，可以将Keepalived容器化部署，首先需要创建一个包含Keepalived配置文件的ConfigMap，配置文件中定义了VRRP实例、虚拟IP地址、健康检查规则等重要信息。
```
global_defs {
router_id LVS_DEVEL
}
vrrp_script chk_http {
script "curl -I http://backend -s -o /dev/null -w '%{http_code}' | grep 200"
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interval 2
weight -2
}
vrrp_instance VI_1 {
state MASTER
interface eth0
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_http
}
}
```
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- 然后创建一个Deployment来部署Keepalived容器，在容器中挂载ConfigMap中的配置文件。
2、与k8s网络集成
- Keepalived部署后，需要与k8s的网络进行集成，由于k8s网络的复杂性，可能需要进行一些特殊的配置，如果使用了CNI（Container Network Interface）插件，需要确保Keepalived容器能够正确地与其他Pod通信并且能够绑定到正确的网络接口上。
（二）负载均衡策略配置
1、基于权重的负载均衡
- 根据后端Pod的资源配置和性能状况，为不同的Pod设置不同的权重，对于配置较高、处理能力较强的Pod，可以设置较高的权重，在Keepalived的配置中，通过调整权重值来控制流量分配的比例，当客户端请求到达虚拟IP地址时，Keepalived会根据权重将请求分发给不同的后端Pod。
2、基于健康状态的负载均衡
- Keepalived的健康检查机制在负载均衡中起到了关键作用，如果某个Pod出现故障，例如网络连接异常或者应用程序崩溃，Keepalived的健康检查会检测到这个问题，它会将这个Pod从负载均衡的候选列表中移除，不再向其分发请求，直到该Pod恢复健康，这样可以确保客户端请求总是被发送到健康的Pod上，提高了服务的可靠性。
案例分析
假设有一个基于k8s的Web应用服务，包含多个Web服务器Pod，为了提高服务的高可用性和负载均衡能力，我们集成了Keepalived。
（一）初始配置
1、我们首先为Keepalived配置了一个虚拟IP地址192.168.1.100，这个VIP将作为客户端访问Web服务的入口。
2、对每个Web服务器Pod进行健康检查配置，采用HTTP检查方式，检查端口为80，每隔2秒检查一次。
3、根据Web服务器Pod的资源分配情况，为它们设置了不同的权重，具有更多CPU和内存资源的Pod权重设置为3，而资源相对较少的Pod权重设置为1。
（二）故障场景处理
1、当其中一个高权重的Web服务器Pod由于应用程序错误而变得不可用时，Keepalived的健康检查在2秒内检测到这个问题，然后将这个Pod从负载均衡池中移除。
2、Keepalived会根据剩余Pod的权重重新分配流量，由于少了一个高权重的Pod，原本分配到这个Pod的流量会按照剩余Pod的权重比例重新分配到其他健康的Pod上。
3、当故障Pod修复并重新上线后，Keepalived再次检测到它的健康状态，然后将其重新加入到负载均衡池中，流量分配也会相应地调整回正常状态。
在k8s环境中，通过集成Keepalived实现负载均衡是一种有效的提高服务可用性和性能的方法，Keepalived的VRRP协议、健康检查、故障转移和权重分配等功能与k8s的容器化管理相结合，可以构建出更加健壮、灵活的服务架构，在实际的部署过程中，也需要注意网络配置、资源管理等多方面的问题，以确保整个系统的稳定运行，随着k8s的不断发展和应用场景的不断扩展，基于Keepalived的负载均衡策略也将不断优化和演进，以适应更多复杂的需求。
标签： #k8s #keepalived #负载均衡 #负载均衡策略
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