Linux的负载均衡详解
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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了Linux的负载均衡详解相关的知识,希望对你有一定的参考价值。
参考技术A 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
大型网站架构系列:负载均衡详解
本文是负载均衡详解的第四篇,主要介绍了LVS的三种请求转发模式和八种负载均衡算法,以及Haproxy的特点和负载均衡算法。具体参考文章,详见最后的链接。
三、LVS负载均衡
LVS是一个开源的软件,由毕业于国防科技大学的章文嵩博士于1998年5月创立,用来实现Linux平台下的简单负载均衡。LVS是Linux Virtual Server的缩写,意思是Linux虚拟服务器。
基于IP层的负载均衡调度技术,它在操作系统核心层上,将来自IP层的TCP/UDP请求均衡地转移到不同的 服务器,从而将一组服务器构成一个高性能、高可用的虚拟服务器。
操作系统:Liunx
开发语言:C
并发性能:默认4096,可以修改但需要重新编译。
3.1.功能
LVS的主要功能是实现IP层(网络层)负载均衡,有NAT,TUN,DR三种请求转发模式。
3.1.1LVS/NAT方式的负载均衡集群
NAT是指Network Address Translation,它的转发流程是:Director机器收到外界请求,改写数据包的目标地址,按相应的调度算法将其发送到相应Real Server上,Real Server处理完该请求后,将结果数据包返回到其默认网关,即Director机器上,Director机器再改写数据包的源地址,最后将其返回给外界。这样就完成一次负载调度。
构架一个最简单的LVS/NAT方式的负载均衡集群Real Server可以是任何的操作系统,而且无需做任何特殊的设定,惟一要做的就是将其默认网关指向Director机器。Real Server可以使用局域网的内部IP(192.168.0.0/24)。Director要有两块网卡,一块网卡绑定一个外部IP地址 (10.0.0.1),另一块网卡绑定局域网的内部IP(192.168.0.254),作为Real Server的默认网关。
LVS/NAT方式实现起来最为简单,而且Real Server使用的是内部IP,可以节省Real IP的开销。但因为执行NAT需要重写流经Director的数据包,在速度上有一定延迟;
当用户的请求非常短,而服务器的回应非常大的情况下,会对Director形成很大压力,成为新的瓶颈,从而使整个系统的性能受到限制。
3.1.2LVS/TUN方式的负载均衡集群
TUN是指IP Tunneling,它的转发流程是:Director机器收到外界请求,按相应的调度算法,通过IP隧道发送到相应Real Server,Real Server处理完该请求后,将结果数据包直接返回给客户。至此完成一次负载调度。
最简单的LVS/TUN方式的负载均衡集群架构使用IP Tunneling技术,在Director机器和Real Server机器之间架设一个IP Tunnel,通过IP Tunnel将负载分配到Real Server机器上。Director和Real Server之间的关系比较松散,可以是在同一个网络中,也可以是在不同的网络中,只要两者能够通过IP Tunnel相连就行。收到负载分配的Real Server机器处理完后会直接将反馈数据送回给客户,而不必通过Director机器。实际应用中,服务器必须拥有正式的IP地址用于与客户机直接通信,并且所有服务器必须支持IP隧道协议。
该方式中Director将客户请求分配到不同的Real Server,Real Server处理请求后直接回应给用户,这样Director就只处理客户机与服务器的一半连接,极大地提高了Director的调度处理能力,使集群系统能容纳更多的节点数。另外TUN方式中的Real Server可以在任何LAN或WAN上运行,这样可以构筑跨地域的集群,其应对灾难的能力也更强,但是服务器需要为IP封装付出一定的资源开销,而且后端的Real Server必须是支持IP Tunneling的操作系统。
3.3.3LVS/TUN方式的负载均衡集群
DR是指Direct Routing,它的转发流程是:Director机器收到外界请求,按相应的调度算法将其直接发送到相应Real Server,Real Server处理完该请求后,将结果数据包直接返回给客户,完成一次负载调度。
构架一个最简单的LVS/DR方式的负载均衡集群Real Server和Director都在同一个物理网段中,Director的网卡IP是192.168.0.253,再绑定另一个IP: 192.168.0.254作为对外界的virtual IP,外界客户通过该IP来访问整个集群系统。Real Server在lo上绑定IP:192.168.0.254,同时加入相应的路由。
LVS/DR方式与前面的LVS/TUN方式有些类似,前台的Director机器也是只需要接收和调度外界的请求,而不需要负责返回这些请求的反馈结果,所以能够负载更多的Real Server,提高Director的调度处理能力,使集群系统容纳更多的Real Server。但LVS/DR需要改写请求报文的MAC地址,所以所有服务器必须在同一物理网段内。
3.3架构
LVS架设的服务器集群系统有三个部分组成:最前端的负载均衡层(Loader Balancer),中间的服务器群组层,用Server Array表示,最底层的数据共享存储层,用Shared Storage表示。在用户看来所有的应用都是透明的,用户只是在使用一个虚拟服务器提供的高性能服务。
LVS的体系架构如图:
LVS的各个层次的详细介绍:
Load Balancer层:位于整个集群系统的最前端,有一台或者多台负载调度器(Director Server)组成,LVS模块就安装在Director Server上,而Director的主要作用类似于一个路由器,它含有完成LVS功能所设定的路由表,通过这些路由表把用户的请求分发给Server Array层的应用服务器(Real Server)上。同时,在Director Server上还要安装对Real Server服务的监控模块Ldirectord,此模块用于监测各个Real Server服务的健康状况。在Real Server不可用时把它从LVS路由表中剔除,恢复时重新加入。
Server Array层:由一组实际运行应用服务的机器组成,Real Server可以是WEB服务器、MAIL服务器、FTP服务器、DNS服务器、视频服务器中的一个或者多个,每个Real Server之间通过高速的LAN或分布在各地的WAN相连接。在实际的应用中,Director Server也可以同时兼任Real Server的角色。
Shared Storage层:是为所有Real Server提供共享存储空间和内容一致性的存储区域,在物理上,一般有磁盘阵列设备组成,为了提供内容的一致性,一般可以通过NFS网络文件系统共享数 据,但是NFS在繁忙的业务系统中,性能并不是很好,此时可以采用集群文件系统,例如Red hat的GFS文件系统,oracle提供的OCFS2文件系统等。
从整个LVS结构可以看出,Director Server是整个LVS的核心,目前,用于Director Server的操作系统只能是Linux和FreeBSD,linux2.6内核不用任何设置就可以支持LVS功能,而FreeBSD作为 Director Server的应用还不是很多,性能也不是很好。对于Real Server,几乎可以是所有的系统平台,Linux、windows、Solaris、AIX、BSD系列都能很好的支持。
3.4均衡策略
LVS默认支持八种负载均衡策略,简述如下:
3.4.1.轮询调度(Round Robin)
调度器通过“轮询”调度算法将外部请求按顺序轮流分配到集群中的真实服务器上,它均等地对待每一台服务器,而不管服务器上实际的连接数和系统负载。
3.4.2.加权轮询(Weighted Round Robin)
调度器通过“加权轮询”调度算法根据真实服务器的不同处理能力来调度访问请求。这样可以保证处理能力强的服务器能处理更多的访问流量。调度器可以自动问询真实服务器的负载情况,并动态地调整其权值。
3.4.3.最少链接(Least Connections)
调度器通过“最少连接”调度算法动态地将网络请求调度到已建立的链接数最少的服务器上。如果集群系统的真实服务器具有相近的系统性能,采用“最小连接”调度算法可以较好地均衡负载。
3.4.4.加权最少链接(Weighted Least Connections)
在集群系统中的服务器性能差异较大的情况下,调度器采用“加权最少链接”调度算法优化负载均衡性能,具有较高权值的服务器将承受较大比例的活动连接负载。调度器可以自动问询真实服务器的负载情况,并动态地调整其权值。
3.4.5.基于局部性的最少链接(Locality-Based Least Connections)
“基于局部性的最少链接”调度算法是针对目标IP地址的负载均衡,目前主要用于Cache集群系统。该算法根据请求的目标IP地址找出该目标IP地址最近使用的服务器,若该服务器是可用的且没有超载,将请求发送到该服务器;若服务器不存在,或者该服务器超载且有服务器处于一半的工作负载,则用“最少链接” 的原则选出一个可用的服务器,将请求发送到该服务器。
3.4.6.带复制的基于局部性最少链接(Locality-Based Least Connections with Replication)
“带复制的基于局部性最少链接”调度算法也是针对目标IP地址的负载均衡,目前主要用于Cache集群系统。它与LBLC算法的不同之处是它要维护从一个目标IP地址到一组服务器的映射,而LBLC算法维护从一个目标IP地址到一台服务器的映射。该算法根据请求的目标IP地址找出该目标IP地址对应的服务器组,按“最小连接”原则从服务器组中选出一台服务器,若服务器没有超载,将请求发送到该服务器;若服务器超载,则按“最小连接”原则从这个集群中选出一台服务器,将该服务器加入到服务器组中,将请求发送到该服务器。同时,当该服务器组有一段时间没有被修改,将最忙的服务器从服务器组中删除,以降低复制的程度。
3.4.7.目标地址散列(Destination Hashing)
“目标地址散列”调度算法根据请求的目标IP地址,作为散列键(Hash Key)从静态分配的散列表找出对应的服务器,若该服务器是可用的且未超载,将请求发送到该服务器,否则返回空。
3.4.8.源地址散列(Source Hashing)
“源地址散列”调度算法根据请求的源IP地址,作为散列键(Hash Key)从静态分配的散列表找出对应的服务器,若该服务器是可用的且未超载,将请求发送到该服务器,否则返回空。
除具备以上负载均衡算法外,还可以自定义均衡策略。
3.5场景
一般作为入口负载均衡或内部负载均衡,结合反向代理服务器使用。相关架构可参考Ngnix场景架构。
4、HaProxy负载均衡
HAProxy也是使用较多的一款负载均衡软件。HAProxy提供高可用性、负载均衡以及基于TCP和HTTP应用的代理,支持虚拟主机,是免费、快速并且可靠的一种解决方案。特别适用于那些负载特大的web站点。运行模式使得它可以很简单安全的整合到当前的架构中,同时可以保护你的web服务器不被暴露到网络上。
4.1.特点
- 支持两种代理模式:TCP(四层)和HTTP(七层),支持虚拟主机;
- 配置简单,支持url检测后端服务器状态;
- 做负载均衡软件使用,在高并发情况下,处理速度高于nginx;
- TCP层多用于Mysql从(读)服务器负载均衡。 (对Mysql进行负载均衡,对后端的DB节点进行检测和负载均衡)
- 能够补充Nginx的一些缺点比如Session的保持,Cookie引导等工作
4.2.均衡策略
支持四种常用算法:
1.roundrobin:轮询,轮流分配到后端服务器;
2.static-rr:根据后端服务器性能分配;
3.leastconn:最小连接者优先处理;
4.source:根据请求源IP,与Nginx的IP_Hash类似。
五、本次分享总结
以上是本周的分享,从主要讲解了软件负载均衡的应用背景,Ngnix负载均衡,LVS负载均衡,Haproxy负载均衡。
因为时间关系,有些讲解的不细致,大家可以问下度娘/Google,希望本次分享对大家有帮助。
参考资料:
Nginx负载均衡实现原理图解 http://www.server110.com/nginx/201403/7225.html
Nginx架构及其web服务搭建优化配置详解
http://linux.it.net.cn/e/server/nginx/2015/0102/11183.html
Ngnix双主场景:http://network.51cto.com/art/201109/288597.htm
用LVS构架负载均衡Linux集群系统 linux lvs
http://blog.chinaunix.net/uid-45094-id-3012037.html
LVS基本介绍
http://os.51cto.com/art/201202/317108.htm
参考:
http://www.cnblogs.com/itfly8/p/5080988.html
以上是关于Linux的负载均衡详解的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章