负载均衡 LVS 与 Nginx 对比

Posted 2021-06-26 一口Linux

今天总结一下负载均衡中LVS与nginx的区别,好几篇博文一开始就说LVS是单向的,Nginx是双向的,我个人认为这是不准确的,LVS三种模式中,虽然DR模式以及TUN模式只有请求的报文经过Director,但是NAT模式,Real Server回复的报文也会经过Director Server地址重写:

 

文末领：LVS & Nginx实战教程

首先要清楚的一点是,LVS是一个四层的负载均衡器,虽然是四层,但并没有TCP握手以及分手,只是偷窥了IP等信息,而Nginx是一个七层的负载均衡器,所以效率势必比四层的LVS低很多,但是可操作性比LVS高,后面所有的讨论都是基于这个区别。

为什么四册比七层效率高?

四层是TCP层，使用IP+端口四元组的方式。只是修改下IP地址，然后转发给后端服务器，TCP三次握手是直接和后端连接的。只不过在后端机器上看到的都是与代理机的IP的established而已,LVS中没有握手。

7层代理则必须要先和代理机三次握手后，才能得到7层（HTT层）的具体内容，然后再转发。意思就是代理机必须要与client和后端的机器都要建立连接。显然性能不行，但胜在于七层，人工可操作性高,能写更多的转发规则。

Nginx特点

Nginx 专为性能优化而开发，性能是其最重要的要求，十分注重效率，有报告 Nginx 能支持高达 50000 个并发连接数。

正向代理与反向代理

正向代理：局域网中的电脑用户想要直接访问服务器是不可行的，服务器可能Hold不住,只能通过代理服务器来访问，这种代理服务就被称为正向代理,特点是客户端知道自己访问的是代理服务器。

 

反向代理：客户端无法感知代理，因为客户端访问网络不需要配置，只要把请求发送到反向代理服务器，由反向代理服务器去选择目标服务器获取数据，然后再返回到客户端。

此时反向代理服务器和目标服务器对外就是一个服务器，暴露的是代理服务器地址，隐藏了真实服务器 IP 地址。

 

负载均衡

客户端发送多个请求到服务器，服务器处理请求，有一些可能要与数据库进行交互，服务器处理完毕之后，再将结果返回给客户端。

普通请求和响应过程如下图：

 

但是随着信息数量增长，访问量和数据量增长，单台的Server以及Database就成了系统的瓶颈,这种架构无法满足日益增长的需求,这时候要么提升单机的性能,要么增加服务器的数量。

关于提升性能,这儿就不赘述,提提如何增加服务器的数量，构建集群，将请求分发到各个服务器上，将原来请求集中到单个服务器的情况改为请求分发到多个服务器，也就是我们说的负载均衡。

图解负载均衡：

 

关于服务器如何拆分组建集群,参考:Redis集群拆分原则之AKF,这儿主要讲讲负载均衡,也就是图上的Proxy,可以是LVS,也可以是Nginx。假设有 15 个请求发送到代理服务器，那么由代理服务器根据服务器数量(请求具体分配策略,可以参考LVS负载均衡理论以及算法概要后面的负载均衡调度算法)，这儿假如是平均分配，那么每个服务器处理 5 个请求，这个过程就叫做负载均衡。

动静分离

为了加快网站的解析速度，可以把动态页面和静态页面交给不同的服务器来解析，加快解析的速度，降低由单个服务器的压力。

动静分离之前的状态

 

动静分离之后

 

光看两张图可能有人不理解这样做的意义是什么,我们在进行数据请求时,以淘宝购物为例,商品详情页有很多东西是动态的,随着登录人员的不同而改变,例如用户ID,用户头像,但是有些内容是静态的,例如商品详情页,那么我们可以通过CDN(全局负载均衡与CDN内容分发)将静态资源部署在用户较近的服务器中,用户数据信息安全性要更高,可以放在某处集中,这样相对于将说有数据放在一起,能分担主服务器的压力,也能加速商品详情页等内容传输速度。

Nginx的优势

可操作性大

Nginx是一个应用层的程序,所以用户可操作性的空间大得多,可以作为网页静态服务器，支持 Rewrite 重写规则；支持 GZIP 压缩，节省带宽；可以做缓存；可以针对 http 应用本身来做分流策略，静态分离，针对域名、目录结构等相比之下 LVS 并不具备这样的功能，所以 nginx 单凭这点可以利用的场合就远多于 LVS 了；但 nginx 有用的这些功能使其可调整度要高于 LVS，所以经常要去触碰，人为出现问题的几率也就大

网络依赖小

nginx 对网络的依赖较小，理论上只要 ping 得通，网页访问正常，nginx 就能连得通，nginx 同时还能区分内外网，如果是同时拥有内外网的节点，就相当于单机拥有了备份线路；LVS 就比较依赖于网络环境，目前来看服务器在同一网段内并且 LVS 使用 direct 方式分流，效果较能得到保证。另外注意，LVS 需要向托管商至少申请多于一个 ip 来做 visual ip

安装简单

nginx 安装和配置比较简单，测试起来也很方便，因为它基本能把错误用日志打印出来。LVS 的安装和配置、测试就要花比较长的时间，因为同上所述，LVS 对网络依赖性比较大，很多时候不能配置成功都是因为网络问题而不是配置问题，出了问题要解决也相应的会麻烦的多

nginx 也同样能承受很高负载且稳定，但负载度和稳定度差 LVS 还有几个等级：nginx 处理所有流量所以受限于机器 IO 和配置；本身的 bug 也还是难以避免的；nginx 没有现成的双机热备方案，所以跑在单机上还是风险比较大，单机上的事情全都很难说

支持健康检查以及请求重发

nginx 可以检测到服务器内部的故障（健康检查），比如根据服务器处理网页返回的状态码、超时等等，并且会把返回错误的请求重新提交到另一个节点。目前 LVS 中 ldirectd 也能支持针对服务器内部的情况来监控，但 LVS 的原理使其不能重发请求。比如用户正在上传一个文件，而处理该上传的节点刚好在上传过程中出现故障，nginx 会把上传切到另一台服务器重新处理，而 LVS 就直接断掉了

LVS 的优势

抗负载能力强

因为 LVS 工作方式的逻辑是非常简单的，而且工作在网络的第 4 层，仅作请求分发用，没有流量，所以在效率上基本不需要太过考虑。LVS 一般很少出现故障，即使出现故障一般也是其他地方（如内存、CPU 等）出现问题导致 LVS 出现问题

配置性低

这通常是一大劣势同时也是一大优势，因为没有太多的可配置的选项，所以除了增减服务器，并不需要经常去触碰它，大大减少了人为出错的几率

工作稳定

因为其本身抗负载能力很强，所以稳定性高也是顺理成章的事，另外各种 LVS 都有完整的双机热备方案，所以一点不用担心均衡器本身会出什么问题，节点出现故障的话，LVS 会自动判别，所以系统整体是非常稳定的

无流量

LVS 仅仅分发请求，而流量并不从它本身出去，所以可以利用它这点来做一些线路分流之用。没有流量同时也保住了均衡器的 IO 性能不会受到大流量的影响

LVS 基本上能支持所有应用，因为 LVS 工作在第 4 层，所以它可以对几乎所有应用做负载均衡，包括 http、数据库、聊天室等