直播活动期间瞬时连接炸锅？如何在香港服务器上构建基于LVS+Nginx的多级调度结构？

在一次大型直播活动中，我们突遇瞬时连接量飙升的问题。系统在短短几秒钟内涌入十几万连接，请求流量压垮了前端Nginx集群，严重影响了观众的接入体验。我们最初使用的仅是单层负载架构，结果在瓶颈点集中后，没有足够的冗余调度能力。为了彻底解决这个问题，我决定基于香港的高性能物理服务器资源，构建一套LVS + Nginx 多级调度架构，以支撑高并发场景下的直播业务接入。

一、架构目标与总体设计思路

我们的目标是打造一套具有高可用、强扩展、低延迟特性的调度体系，能够在直播期间应对超过20万的瞬时连接涌入量，并支持后续横向扩容。整体架构采用三层分发模型：

• 第一层：LVS 作为四层负载入口网关，通过DR模式直发请求到Nginx；
• 第二层：多台Nginx 做七层调度与缓存控制；
• 第三层：后端业务服务（直播核心模块）或静态资源服务器。

拓扑如下：

[Client]
   │
[香港BGP IP + LVS (VIP)]
   │
 ┌────┬────┐
[Nginx1] [Nginx2] ... 多台七层转发节点
   │
 ┌────┬────┐
[LiveApp1][LiveApp2] ... 后端业务服务

二、环境与组件选择

服务器位置：香港A5数据 BGP多线物理机，带宽 ≥ 1Gbps；

• 操作系统：CentOS 7.9；
• LVS模式：DR（Direct Routing）；
• Keepalived：实现LVS高可用；
• Nginx版本：稳定版 1.24，开启reuseport与连接池优化；
• 直播协议：主要为HLS + HTTP（或WebSocket并发统计服务）；

三、LVS 层配置与高可用设计

3.1 LVS主机配置（Master + Backup）

yum install ipvsadm keepalived -y

keepalived.conf（Master节点）

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface eth0
    virtual_router_id 50
    priority 150
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass lvscluster
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.10.100
    }
}

virtual_server 192.168.10.100 80 {
    delay_loop 3
    lb_algo rr
    lb_kind DR
    persistence_timeout 50
    protocol TCP

    real_server 192.168.10.201 80 {
        weight 1
        TCP_CHECK {
            connect_timeout 3
        }
    }

    real_server 192.168.10.202 80 {
        weight 1
        TCP_CHECK {
            connect_timeout 3
        }
    }
}

后端Nginx服务器需配置LVS DR模式回环口，即不响应ARP请求：

echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
echo "2" > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
ifconfig lo:0 192.168.10.100 netmask 255.255.255.255 broadcast 192.168.10.100 up

四、Nginx 层优化与七层调度

4.1 核心配置项调整

每台Nginx实例上需针对大并发优化：

worker_processes auto;
worker_rlimit_nofile 100000;

events {
    worker_connections 65535;
    use epoll;
    multi_accept on;
}

http {
    sendfile on;
    tcp_nopush on;
    keepalive_timeout 15;
    client_max_body_size 50m;
    open_file_cache max=10000 inactive=20s;
    gzip on;

    upstream live_backend {
        server 192.168.10.211:8080 max_fails=3 fail_timeout=10s;
        server 192.168.10.212:8080 max_fails=3 fail_timeout=10s;
    }

    server {
        listen 80 reuseport;

        location / {
            proxy_pass http://live_backend;
            proxy_set_header Host $host;
            proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
            proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
        }
    }
}

4.2 启用reuseport以缓解Accept锁竞争

Nginx 1.11+支持reuseport，结合多核环境提升处理效率。该参数可并发地监听同一端口，缓解worker之间争抢锁的问题。

五、后端服务与横向扩容建议

后端服务需满足高可用标准，核心建议：

• WebSocket服务需支持连接复用与状态管理缓存分离；
• HLS资源提前切片并通过边缘Nginx缓存分发；
• 数据库与状态服务拆分出独立节点，避免瞬时压力波及核心存储层；
• 使用 Consul + Nginx 动态更新upstream，在服务节点变动时无需手动改配置。

六、压测与实战数据

我们在实际部署后进行了wrk和ab测试：

• 单节点Nginx可稳定承载 30,000 并发连接，平均响应时间 < 50ms；
• LVS 主机压力均衡，Master切换耗时 < 2s；
• 整体系统承载峰值连接数超过 20 万，系统负载维持在 40%~60% 之间；
• 故障节点移除延迟 < 5s，无连接中断。

从实战出发，构建基于 LVS + Nginx 的多级调度体系，是目前应对高并发直播接入的稳定方案之一。LVS 提供了高速四层调度能力，Nginx 拓展了七层缓存与策略控制，二者配合可构建高性能、高冗余、高并发的接入体系。特别是在香港部署环境下，BGP多线与低时延优势，为直播面向全球用户提供了天然支撑。

后续优化方向包括结合 eBPF 监控连接状态、配合容器化动态调度等，逐步实现接入层与业务层的完全解耦。