GRPC负载均衡

Posted 2023-04-19

参考技术A 负载均衡是高可用网络基础架构的关键组件，通常用于将工作负载分布到多个服务器来提高应用的性能和可靠性。

关于GRPC的负载均衡，我们选择nginx来进行反向代理。NGINX在1.13.9版本已经开始支持GRPC代理。有了对 GRPC 的支持，NGINX 就可以代理 GRPC TCP 连接，还可以终止、检查和跟踪 GRPC 的方法调用。

在nginx的配置文件中配置GRPC代理即可。

通过grpc 调用代理端口

观察NGINX的access.log，可以看到相应的代理记录

首先GRPC是建立在HTTP2.0的基础上进行数据传输，HTTP2.0的优势就不用多说了。因此NGINX负载均衡同样也是建立在HTTP2.0的基础之上。并且NGINX新增了GRPC模块。用于负载GRPC请求。
需要注意以下几个NGINX的参数配置：
nginx_http2模块
http2_max_requests：在一个tcp连接上默认通过的最大数据包数，默认1000个
http2_max_concurrent_streams：在一个tcp连接上默认最大并发流，默认128个
nginx_grpc模块
grpc_send_timeout：将请求传输到gRPC服务器的超时时间，如果超过这个时间，NGINX会断开连接。
grpc_read_timeout：接收gRPC服务器数据的超时时间，如果超过这个时间，NGINX会断开连接。
grpc_socket_keepalive：NGINX与gRPC服务器长连接配置设置。

k8s 服务发现 以及 gRPC 长连接负载均衡

众所周知 gRPC 是基于 HTTP/2，而 HTTP/2 是基于 TCP 长连接的。

k8s 自带一套基于 DNS 的服务发现机制 —— Service。

但基于 Service 的服务发现对于 gRPC 来说并不是开箱即用的，这里面有很多坑。

错误姿势 ClusterIP Service

gRPC client 直接使用 ClusterIP Service 会导致负载不均衡。因为 HTTP/2 多个请求在一个 TCP 连接上多路复用。

即使这个连接上的 stream 达到 maxConcurrentStreams，也不会创建新的连接，而是阻塞。除非搭配自定义 gRPC 连接池使用。

参见源码：grpc-go/internal/transport/http2_client.go:L107

为什么 HTTP/1.1 不受影响

HTTP/1.1 默认开启 Keepalive，也会保持长连接。 但是 HTTP/1.1 多个请求不会共享一个连接，如果连接池里没有空闲连接则会新建一个，经过 Service 的负载均衡，各个 pod 上的连接是相对均衡的。

正确姿势

长连接负载均衡的原理是与后端每个 pod 都建立一个长连接，LB 算法选择一个写入请求。

gRPC client LB 配合 Headless Service

创建 Headless Service 后，k8s 会生成 DNS 记录，访问 Service 会返回后端多个 pod IP 的 A 记录，这样应用就可以基于 DNS 自定义负载均衡。

在 grpc-client 指定 headless service 地址为 dns:/// 协议，DNS resolver 会通过 DNS 查询后端多个 pod IP，然后通过 client LB 算法来实现负载均衡。这些 grpc-go 这个库都帮你做了。

conn, err := grpc.DialContext(ctx, "dns:///"+headlessSvc,
    grpc.WithInsecure(),
    grpc.WithBalancerName(roundrobin.Name),
    grpc.WithBlock(),
)

完整代码参考：https://github.com/win5do/go-...

Proxy LB 或 ServiceMesh

如果不想在 client 代码中来做 LB，可以使用 Envoy 或 Nginx 反向代理。

Proxy Server 与后端多个 pod 保持长连接，需配置对应模块来识别 HTTP/2 请求，根据 LB 算法选择一个 pod 转发请求。

Istio 做长连接 LB 不要求 Headless Service，因为网格控制器不会直接使用 Service，而是获取 Service 背后 Endpoint（IP）配置到 Envoy 中。

Proxy 如果自身有多个 replicas，则 proxy 与 client 之间也有长连接的问题，这就套娃了。

但 Istio 等服务网格会为每个 pod 注入一个专用的 Envoy 代理作为 sidecar，所以问题不大。

gRPC 使用 Envoy proxy 可参考 Google Cloud 的教程：

https://github.com/GoogleClou...

对比

client 和 proxy 两种方式的对比其实就是 侵入式服务治理 vs 网格化服务治理。

	侵入式	网格化
优点	- 性能好，没有多次转发 - 逻辑清晰，开发人员能很快定位问题	- 基础设施下沉，逻辑一致，方便跨语言异构 - 非侵入，应用无感知 - 服务治理生态繁荣
缺点	- 多种编程语言需要分别开发 client 库 - 对接监控告警、链路追踪等基础设施工作量大	- 链路长，有性能损耗 - 下层逻辑复杂，不透明，出问题抓瞎 - 还不够成熟

Reference

https://kubernetes.io/blog/20...

https://zhuanlan.zhihu.com/p/...

https://zhuanlan.zhihu.com/p/...