
常见的负载均衡设备,有F5,Haproxy,lvs, nginx等。
F5是商用硬件负载均衡,性能很好,但是价格昂贵,除了负载均衡,还有应用交换、会话交换、状态监控等众多功能。
F5一般做四层负载均衡,但也支持七层负载均衡。
Haproxy(以下简称ha)是软件负载均衡,开源,一般做七层负载均衡,但也支持四层负载均衡。
Linux Virtual Server(以下简称lvs)是软件负载均衡,开源,二层或四层负载均衡,已集成到linux内核,自身有完备的热备方案(keepalived+lvs),稳定性极强。
nginx也是软件负载均衡,开源,通过反向代理实现负载均衡,是七层负载均衡,性能不如上面的几个。
tips1
有些公司,测试环境用ha/lvs/nginx,生产环境用F5。
tips2
nginx做web服务器时,一般做静态资源服务器和php的web服务器,所以很多公司,会采用F5+nginx或者ha+nginx的架构
tips3
微服务中的ribbon属于客户端负载均衡,上面的几种都是服务端负载均衡
二层负载均衡
在数据链路层通过修改mac地址实现,如lvs的DR模式(直接路由模式)
三层负载均衡
在网络层通过DNAT协议修改目标地址实现
四层负载均衡
备注:tcp报文里并没有ip,但是四层负载均衡可以用ip+端口,是因为server可以拿到ip
七层负载均衡
通过重新发起http请求实现,即client把请求发给lb,lb把请求代发给server,再把server的响应返回给client,因此七层负载均衡也经常被称为代理,七层负载均衡设备也被称为代理设备。
七层负载均衡常用于内网与外网的通信,比如内网无法直接访问外网,需要通过代理设备代发http请求,这种情况下,代理设备需要配置双网卡,以同时与内外网络通信。
由于需要重发http请求,七层负载均衡性能较差,但是更智能和安全,因为应用层可以获取甚至修改请求的真实内容(即应用数据),比如cookie、url等,可以做一些智能的 *** 作,比如根据cookie/url转发请求,也可以做一些安全 *** 作,比如过滤特定报文、防止SYN Flood攻击等。
使用七层负载均衡时,服务的性能受限于代理设备的网卡带宽。
常见的负载均衡策略,有轮询、加权轮询、ip_hash、cookie、url_hash,根据服务器响应时间转发、根据最少连接转发等等。
备注:nginx可以安装第三方插件,使用第三方实现的策略
轮询:按服务器列表顺序转发请求,轮询是nginx默认的策略,本策略适合服务器配置相当、请求无状态(即不依赖session)的场景
加权轮询:如果不同服务器配置不同,可以为配置高的服务器增加权重
ip_hash:根据ip哈希结果转发,可以实现同一用户持续请求同一服务器(即会话保持),适合有状态(即依赖session)的场景,对png、jpg、js、css等静态资源的请求,不适合使用本策略
cookie:根据特定cookie转发请求,一般也是用于实现会话保持,比如为服务器A、B分别增加service-flag=a、service-flag=b的cookie,后续请求根据cookie转发
可以参考 haproxy实现会话保持
url_hash:根据url哈希结果转发,同一个接口始终请求同一台服务器,一般配合缓存使用,缓存接口返回结果
根据服务器响应时间转发:优先转发到响应时间较快的服务器
根据最少连接转发:优先转发到连接数较少的服务器
F5有一些特有的负载均衡策略:利用从应用程序和服务器收集到的各项性能指标,分析并转发
负载均衡有两个步骤:
1.根据什么算法选择真实服务端,即负载均衡策略,如轮询、加权轮询、ip_hash、cookie、url_hash等;
2.把请求转发到真实服务器,转发方式有二层到七层负载均衡
keepalived软件一开始是专为lvs设计的,后来加入了可以实现高可用的VRRP (Virtual Router Redundancy Protocol ,虚拟路由器冗余协议)功能,因此,keepalived还可以作为nginx、haproxy、mysql等服务的高可用解决方案。
以nginx为例,为了防止nginx本身由于宕机等原因导致网站不可用,一般会搭两套nginx反向代理,用keepalived提供一个VIP。
一般情况下,VIP只在nginx主节点上工作,如果nginx主节点不可用了,VIP会自动漂移到从节点,自动漂移的原理即VRRP协议。
VIP漂移到从节点后,如果主节点恢复正常了,VIP是否漂移回主节点,取决于当前模式是抢占模式还是非抢占模式。
下图是一张简单的架构图,解释如下:
以上观点纯属个人意见,如果错误,欢迎指出,有些地方写的很简单,是因为我也不懂~
Linux的负载均衡常用的有三种技术:中国人搞出来的大神级产品 LVS Linux Virtual Server,俄罗斯的Nginx,来发法国的HAProxy。都是基于Linux的开源免费的负载均衡软件。
1. 抗负载能力强,性能高,能达到F5的60%,对内存和CPU资源消耗比较低
2. 工作在网络4层,通过VRRP协议(仅作代理之用),具体的流量是由linux内核来处理,因此没有流量的产生。
3. 稳定,可靠性高,自身有完美的热备方案(Keepalived+lvs)
4. 不支持正则处理,不能做动静分离。
5. 支持多种负载均衡算法:rr(轮询),wrr(带权轮询)、lc(最小连接)、wlc(带权最小连接)
6. 配置相对复杂,对网络依赖比较大,稳定性很高。
7. LVS工作模式有4种:
(1) nat 地址转换
(2) dr 直接路由
(3) tun 隧道
(4) full-nat
1. 工作在网络7层,可以针对http应用做一些分流的策略,比如针对域名,目录结构
2. Nginx对网络的依赖较小,理论上能ping通就能进行负载功能
3. Nginx安装配置比较简单,测试起来很方便
4. 也可以承担较高的负载压力且稳定,nginx是为解决c10k问题而诞生的
5. 对后端服务器的健康检查,只支持通过端口来检测,不支持通过url来检测
6. Nginx对请求的异步处理可以帮助节点服务器减轻负载压力
7. Nginx仅能支持http、https和Email协议,这样就在适用范围较小。
8. 不支持Session的直接保持,但能通过ip_hash来解决。对Big request header的支持不是很好。
9. Nginx还能做Web服务器即Cache功能。
1.支持两种代理模式:TCP(四层)和HTTP(七层),支持虚拟主机;
2.能够补充Nginx的一些缺点比如Session的保持,Cookie的引导等工作
3.支持url检测后端的服务器出问题的检测会有很好的帮助。
4.更多的负载均衡策略比如:动态加权轮循(DynamicRoundRobin),加权源地址哈希(Weighted SourceHash),加权URL哈希和加权参数哈希(WeightedParameterHash)已经实现
5.单纯从效率上来讲HAProxy更会比Nginx有更出色的负载均衡速度。
6.HAProxy可以对Mysql进行负载均衡,对后端的DB节点进行检测和负载均衡。
7.支持负载均衡算法:Round-robin(轮循)、Weight-round-robin(带权轮循)、source(原地址保持)、RI(请求URL)、rdp-cookie(根据cookie)
8.不能做Web服务器即Cache。
1. 负载能力
lvs抗负载能力最强,因为仅作分发不处理请求,相当于只作转发不做进一步处理直接在内核中完成,对系统资源消耗低(LVS DR模式);
nginx和haproxy相对来说会弱,但是日PV2000万也没什么问题,因为不仅接受客户端请求,还与后端upstream节点进行请求并获取响应,再把响应返回给客户端,对系统资源和网络资源消耗高;
注:建议如果公司网站流量日PV在2000万以上,并发在7,8万以上才考虑用lvs+keepalived架构
2. 功能性
lvs仅支持4层tcp负载均衡,haproxy可以支持4层tcp和7层http负载均衡,nginx可以支持7层http负载均衡(新版本也支持7层负载均衡);
nginx功能强大,配置灵活,可做web静态站点,静态缓存加速,动静分离,并支持域名,正则表达式,Location匹配,rewrite跳转,配置简单直观明了,还可以结合etc或consule做发布自动化上下线等等;
haproxy相对nginx的7层负载均衡会弱一些,灵活性不足,个人建议一般用haproxy做TCP负载均衡更合适一些;
3. 运维复杂度
lvs相对来说部署架构更复杂一些,lvs对网络是有要求,lvs必须与real server在同一个网段,也更费资源,需要多2台服务器成本;
nginx和haproxy部署架构更简单,对网络也没要求,更便于后续维护;
像对于大型的,需要进行高并发的网站或者对网络不太严格的时候,可以使用nginx;
对于大型的Web服务器的时候可以使用haproxy;
对性能有严格要求的时候可以使用lvs,就单纯从负载均衡的角度来说,lvs也许会成为主流,更适合现在大型的互联网公司。
注:lvs,nginx,haproxy要实现高可用,都需要借助keepalived软件
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