负载均衡的分类及算法

Posted 2021-04-15 性能与架构

一、负载均衡分类

1. DNS 负载均衡

用来实现地理级别的均衡，例如，北方用户访问北京机房、南方用户访问深圳机房。

优点：

• 简单，成本低，直接交给DNS服务器处理即可，无需自己维护。

• 就近访问，提升访问速度。

缺点：

• DNS缓存时间较长，更新不及时。

• DNS控制权在域名商那里，无法根据业务特点定制扩展。

2. 硬件负载均衡

通过单独的硬件设备实现负载均衡，典型设备例如 F5、A10。

优点：

• 功能强大，支持各级负载均衡，支持各种负载均衡算法，支持全局负载均衡。

• 性能强大，可以支持100万以上的并发。

• 稳定性高。

• 支持安全防护，除了负载均衡的功能，还有防火墙、防DDoS攻击等安全功能。

缺点：

• 昂贵，价格几万甚至数十万。

• 扩展能力差。

3. 软件负载均衡

通过软件实现，例如我们熟悉的 nginx（7层负载均衡） 和 LVS（4层负载均衡）。

和硬件负载均衡相比，性能差了很多，Nginx 能支持5万/秒，而F5是百万级，但价格也便宜了很多。

优点：

• 简单

• 便宜

• 灵活

缺点：

• 性能一般

• 没有防火墙等安全功能

负载均衡的典型架构

DNS、硬件、软件这3中方式可以组合使用，基本原则：

• DNS方式用于实现地理级别的负载均衡。

• 硬件方式用于实现集群级别的负载均衡。

• 软件方式用于实现机器级别的负载均衡。

二、负载均衡算法

1. 轮询

负载均衡系统接收到请求后，按照顺序轮流分配给服务器。

这种方式非常简单，只管按顺序分配，至于服务器当前负载情况、硬件能力等都不关心，只要服务器还能工作，就可以分配，除非服务器挂了。

2. 加权轮询

是轮询方式的一种改进，轮询方式是无差别分配，但实际服务器的处理能力是有差异的，所以需要区别对待。

为服务器设置权值，权值高的就多分配点。

3. 负载最低优先

将任务分配给当前负载最低的服务器。

例如 LVS 可以根据“连接数”判断服务器状态，NGINX 可以根据“HTTP请求数”来判断。

这种方式比轮询高级很多，可以感知服务器的状态了，但其复杂度也大大提高了，要收集统计服务器的负载信息。

4. 性能最优

优先将任务分配给处理速度最快的服务器，来达到最快响应客户端的目的。

此方式也是感知服务器的状态，标准是响应时间。

需要收集分析服务器的响应时间，这个工作本身消耗也不小，所以采用采样的方式，不统计所有任务的响应时间，统计一个周期（例如 10秒/1分钟/5分钟）内的状态。

优缺点与 负载最低优先 相同。

5. Hash

对请求中的关键信息（如IP）进行hash计算，hash值相同的请求分配到同一台服务器，例如业务中希望同一用户的请求都由同一台服务器来处理。

小结

内容整理自《从0开始学架构》

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