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《深入探究K8s中的Keepalived负载均衡：原理、配置与查询》
K8s与负载均衡概述
在Kubernetes（K8s）环境中，随着容器化应用的大规模部署，有效地处理网络流量并确保高可用性成为至关重要的任务，负载均衡是实现这一目标的关键技术之一，K8s本身提供了多种负载均衡的方式，而结合Keepalived则能为集群带来更强大、更可靠的负载均衡解决方案。
（一）K8s中的负载均衡需求
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在一个K8s集群中，多个容器化的服务需要对外提供统一的访问入口，一个Web应用可能由多个后端的Pod实例提供服务，这些Pod可能分布在不同的节点上，当外部客户端发起请求时，需要有一种机制将请求合理地分发到这些后端实例上，这就是负载均衡的基本需求，为了保证服务的连续性，即使某些节点或Pod出现故障，负载均衡器也应该能够自动将流量转移到健康的实例上。
（二）Keepalived简介
Keepalived是一种基于VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol，虚拟路由器冗余协议）的高可用解决方案，它主要用于在多台服务器之间提供故障转移和负载均衡功能，在K8s环境下，Keepalived可以被巧妙地集成进来，以增强集群的网络服务的可用性和可靠性。
K8s与Keepalived的结合原理
（一）Keepalived在K8s中的角色
Keepalived在K8s集群中扮演着虚拟路由器的角色，它通过在多个节点上运行，创建一个虚拟的IP地址（VIP），这个VIP可以作为K8s服务的对外访问地址，当客户端请求到达这个VIP时，Keepalived根据预先设定的负载均衡算法（如轮询、加权轮询等）将请求转发到后端合适的K8s节点或者Pod上。
（二）故障转移机制
如果其中一个运行Keepalived的节点出现故障，例如网络故障、硬件故障或者软件崩溃等情况，其他正常的节点会通过VRRP协议检测到这种故障，根据优先级设置，其中一个正常节点会迅速接管虚拟IP地址，继续处理客户端的请求，这一过程对于客户端来说几乎是透明的，从而确保了服务的高可用性。
三、基于Keepalived的K8s负载均衡配置
（一）安装Keepalived
在K8s节点上安装Keepalived需要根据操作系统的类型进行相应的操作，以常见的Linux系统为例，可以通过包管理器（如yum或apt）进行安装，在基于CentOS的系统中，可以使用以下命令安装：
yum install keepalived -y
（二）配置Keepalived
1、主配置文件
- Keepalived的主配置文件通常位于/etc/keepalived/keepalived.conf，在这个文件中，需要定义虚拟路由器的相关参数。
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- 定义VRRP实例：
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 {
192.168.1.100/24 dev eth0
}
} - 这里的state MASTER表示当前节点在VRRP实例中的角色为主节点，interface eth0指定了使用的网络接口，virtual_router_id是虚拟路由器的标识，priority定义了节点的优先级，advert_int是VRRP通告的时间间隔，authentication用于节点之间的认证，virtual_ipaddress则是定义的虚拟IP地址。
2、与K8s的集成配置
- 为了使Keepalived能够与K8s服务进行有效的负载均衡集成，需要配置Keepalived将请求转发到K8s的服务后端，这可能涉及到对K8s服务的发现机制的利用。
- 一种常见的方法是通过修改Keepalived的配置，使其能够与K8s的Service对象进行交互，可以编写脚本来动态获取K8s服务的后端Pod的IP地址，并将这些IP地址添加到Keepalived的转发规则中。
四、K8s中Keepalived负载均衡查询语句
（一）查询Keepalived状态
1、查看Keepalived进程状态
- 在K8s节点上，可以使用ps -ef | grep keepalived命令来查看Keepalived进程是否正在运行，如果进程正在运行，会显示相关的进程信息，包括进程ID、启动参数等。
-
root 12345 1 0 10:00? 00:00:00 keepalived -D -f /etc/keepalived/keepalived.conf
2、检查VRRP状态
- 使用ip addr show命令可以查看节点上的网络接口信息，包括虚拟IP地址是否已经绑定到指定的接口上，如果Keepalived配置正确，应该可以看到虚拟IP地址（VIP）显示在相应的接口下。
-
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2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
link/ether 00:11:22:33:44:55 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
inet 192.168.1.10/24 brd 192.168.1.255 scope global noprefixroute eth0
inet 192.168.1.100/24 scope global secondary eth0 - 这里的192.168.1.100就是Keepalived配置的虚拟IP地址。
3、通过Keepalived自带命令查看状态
- Keepalived提供了keepalived -P命令来查看VRRP协议相关的状态信息，这个命令会显示当前节点在VRRP实例中的角色（如MASTER或BACKUP）、虚拟路由器的状态、与其他节点的通信情况等。
-
VRRP instance VI_1 state is MASTER
Virtual IP address is 192.168.1.100
Advertisement interval is 1 seconds
Preemption is enabled
Priority is 100
Authentication type is PASS
Authentication password is 1111
Master router is this system（二）查询负载均衡效果
1、从客户端角度查询
- 可以使用网络测试工具如curl或者wget从客户端向Keepalived的虚拟IP地址发起请求，并多次重复这个操作。
for i in {1..10}; do curl -I 192.168.1.100; done- 通过观察响应的来源（如通过查看服务器的响应头或者日志），可以大致了解负载均衡是否按照预期的算法在工作，如果是轮询算法，应该看到请求被均衡地分发到不同的后端服务器或者K8s的Pod上。
2、在K8s内部查询
- 在K8s集群内部，可以查看K8s服务的访问日志或者指标数据来了解负载均衡的效果，如果使用了Nginx作为K8s服务的反向代理，可以查看Nginx的访问日志，其中会记录每个请求的来源IP（即Keepalived的虚拟IP地址）以及被转发到的后端Pod的信息。
- K8s的监控工具（如Prometheus和Grafana）可以用来收集和可视化与服务负载相关的指标，如请求数量、响应时间等，通过这些指标，可以深入分析负载均衡是否在最优状态下运行，是否存在某个后端实例负载过重或者过轻的情况。
K8s中的Keepalived负载均衡是一种强大的组合，它为容器化应用提供了高可用性和高效的流量分发机制，通过深入理解其原理、正确配置并掌握相关的查询语句，可以更好地管理和优化K8s集群中的网络服务，确保应用的稳定运行并提升用户体验，在实际应用中，还需要根据具体的业务需求和集群规模不断调整和优化配置，以适应不断变化的环境。
标签： #k8s #keepalived #负载均衡 #查询语句
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