web集群时代

Posted 2020-10-05 北方姆Q

随着业务的不断增加，我们的单台服务器承受不住需求，那么我们就需要对此进行伸缩，有两种维度，一种是纵向的也就是增大该台服务器的硬件，再者就是加新服务器与之前的机器组成集群对外提供服务，我们都知道前者是有瓶颈的，so，集群技术是对web架构极其重要的！

 

集群的定义，我萌百度下就可以了：集群是一组相互独立的、通过高速网络互联的计算机，它们构成了一个组，并以单一系统的模式加以管理。一个客户与集群相互作用时，集群像是一个独立的服务器

 

集群的作用：提高可用性和可缩放性

 

集群的种类：高可用、负载均衡、高性能

 

可缩放性我们很容易理解，高可用性其实也不难，因为我提供同一服务的机器多了，那么其中一台机器挂了其他机器撑住就可以了。由此可以看出，作为集群的机器的可用性不需要十分的高（是服务器都会有保证的，不会自己没事就坏），所以我们在硬件采购时就可以节约一些成本，比如购买单电源的插头，网卡也不需要太多，双网卡就好等等，能节约成本老板一定会很开心的~

 

 

PS技术不好，23333333。我们可以看出应用服务器变多了，前面还加了一个负载均衡调度器，只画了一个，其实这是存在单点故障的，它的高可用性也是必需的！so，我们从它入手，常用的高可用集群软件有heartbeat、keepalived、rhcs，最简单常用大家都喜欢的是keepalived，它的安装非常简单，直接yum就可以，如果对版本有需求用编译也还是那三步，这个不介绍了，我们来看配置文件，默认是在/etc/keepalived/keepalived.conf，编译的自然就在你设置的目录下了，如果你想看参数的意义，请搜索keepalived权威指南，这书很短，10分钟就够了，但是是绝对权威的~

 1 主机：
 2 ! Configuration File for keepalived
 3 global_defs {
 4    notification_email {
 5      [e-mail]
 6    }
 7    notification_email_from [e-mail]
 8    smtp_server 127.0.0.1
 9    smtp_connect_timeout 30
10    router_id haproxy_ha
11 }
12 
13 vrrp_instance haproxy_ha {
14 state MASTER
15 interface eth0
16     virtual_router_id 36
17 priority 150
18     advert_int 1
19 authentication {
20 auth_type PASS
21         auth_pass 1111
22     }
23     virtual_ipaddress {
24        192.168.56.21
25     }
26 }

 1 备机：
 2 ! Configuration File for keepalived
 3 global_defs {
 4    notification_email {
 5      [e-mail]
 6    }
 7    notification_email_from [e-mail]
 8    smtp_server 127.0.0.1
 9    smtp_connect_timeout 30
10    router_id haproxy_ha
11 }
12 
13 vrrp_instance haproxy_ha {
14 state BACKUP
15 interface eth0
16     virtual_router_id 36
17 priority 100
18     advert_int 1
19 authentication {
20 auth_type PASS
21         auth_pass 1111
22     }
23     virtual_ipaddress {
24        192.168.56.21
25     }
26 }

我们启动后会发现主机成功备机失败，wtf，这是什么情况？那是因为我们需要更改一个内核保护参数，/proc/sys/net/ipv4/ip_nonlocal_bind，顾名思义，是否需要绑定非本地ip，因为我们的虚拟ip不是本地ip嘛，默认是0我们改成1，就可以了，此时主备机之间就建立了不可描述的关系~~~，停掉主机，备机会即可接管虚拟ip，速度极快我们根本感觉不到，如果你一直ping虚拟ip的话你可能会看到会顿上很小的毫秒数，我们的负载均衡器实现了高可用，这个虚拟ip是干嘛的？其实这个虚拟ip有两个作用，为负载均衡集群准备，再者它就是你的整个对外的ip了，也就是用户只需要访问此ip就可以了，后面的他不需要知道

 

再说负载均衡集群，注意是集群，实现负载均衡的方式有很多，网卡，dns，链路算，但是我们这里讨论服务器集群，组建服务器集群有软硬件两种方式，硬件使用F5跟Array，然而都不便宜，尤其是F5，价格真是顶小北方几年工资了，so，我们还是整软件吧~软件也分为两种

四层负载：转发，维护一条tcp连接

七层负载：代理，维护两条独立的tcp连接

 

四层负载的lvs是很有名气的，它有四种模式，十多种算法，几乎支持任何场景，我们列举四种模式需要注意的点就好了

1 NAT：他的瓶颈在于后端主机的路由必须为调度器，这样才能保证回包时再通回调度器，因此进出都需要调度器来进行转发，网卡流量扛不住。它比dr慢，但是这并不是致命缺点，其实这个所谓的“慢”几乎可以忽略不计的
2 TUN：几乎没人用了，还得打专线...
3 DR：后端服务器都要绑定VIP并拒收VIP的访问包，需要调度器与真机在一个vlan段内
4 FULL-NAT：你需要会跟ospf结合，并且编译阿里的内核

我所知道的10种算法

1.轮叫调度（Round Robin）(简称rr)
调度器通过“轮叫”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。
2.加权轮叫（Weighted Round Robin）（简称wrr)
调度器通过“加权轮叫”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.最少链接（Least Connections）(LC)
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。
4.加权最少链接（Weighted Least Connections）(WLC)
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。
5.基于局部性的最少链接（Locality-Based Least Connections）(LBLC)
“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。
6.带复制的基于局部性最少链接（Locality-Based Least Connections with Replication）(LBLCR)
“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。
7.目标地址散列（Destination Hashing）(DH)
“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。
8.源地址散列（Source Hashing）(SH)
“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。
9.最短的期望的延迟（Shortest Expected Delay Scheduling SED）(SED)
基于wlc算法。这个必须举例来说了
ABC三台机器分别权重123 ，连接数也分别是123。那么如果使用WLC算法的话一个新请求进入时它可能会分给ABC中的任意一个。使用sed算法后会进行这样一个运算
A(1+1)/1
B(1+2)/2
C(1+3)/3
根据运算结果，把连接交给C
10.最少队列调度（Never Queue Scheduling NQ）(NQ)
无需队列。如果有台 realserver的连接数＝0就直接分配过去，不需要在进行sed运算

再来七层负载haproxy，它的配置文件在/etc/haproxy/haproxy.cfg

 1 主机备机
 2 global
 3     maxconn 100000
 4     chroot /var/lib/haproxy
 5     user haproxy
 6     group haproxy
 7     daemon
 8     nbproc 1
 9     pidfile /var/run/haproxy.pid
10     stats socket /var/lib/haproxy.sock mode 600 level admin
11     log 127.0.0.1 local3 info
12 
13 defaults
14     option http-keep-alive
15     maxconn 100000
16     mode http
17     timeout connect 5000ms
18     timeout client  50000ms
19     timeout server 50000ms
20 
21 listen stats
22     mode http
23     bind 0.0.0.0:8888
24     stats enable
25     stats uri     /haproxy-status
26     stats auth    haproxy:bfmq
27 
28 frontend frontend_www_example_com
29     bind 192.168.56.21:80
30     mode http
31     option httplog
32     log global
33         default_backend backend_www_example_com
34 
35 backend backend_www_example_com
36     option forwardfor header X-REAL-IP
37     option httpchk HEAD / HTTP/1.0
38     balance roundrobin
39     server web-node1  192.168.56.11:8080 check inter 2000 rise 30 fall 15
40 server web-node2  192.168.56.12:8080 check inter 2000 rise 30 fall 15

很明显我们监听的就是刚才虚拟ip192.168.56.21并将关于它80端口的访问转发到了两台web机器上，这两台机器的ip是真实存在的，并且也是提供了相应的端口服务

haproxy的算法（百度的~）：

① roundrobin，表示简单的轮询，这个不多说，这个是负载均衡基本都具备的；
② static-rr，表示根据权重，建议关注；
③ leastconn，表示最少连接者先处理，建议关注；
④ source，表示根据请求源IP，这个跟nginx的IP_hash机制类似，我们用其作为解决session问题的一种方法，建议关注；
⑤ ri，表示根据请求的URI；
⑥ rl_param，表示根据请求的URl参数’balance url_param’ requires an URL parameter name；
⑦ hdr(name)，表示根据HTTP请求头来锁定每一次HTTP请求；
⑧ rdp-cookie(name)，表示根据据cookie(name)来锁定并哈希每一次TCP请求。

关于haproxy如何动态的启用禁用配置那就需要我们配置的/var/lib/haproxy.sock了，我们直接对sock进行通信需要用到socat这个包

1 echo "disable server backend_www_example_com / web-node1" | socat /usr/local/haproxy/haproxy.sock stdio
2 echo "enable server backend_www_example_com / web-node1" | socat /usr/local/haproxy/haproxy.sock stdio

当然他还有其它的功能echo "help"| socat stdio /usr/local/haproxy/haproxy.sock可以自行查看，十分实用！

 

好了，haproxy的基本安装就这样，我们该对他进行优化了，在此之前我们还是要先把单机上本身该做的事情都做了哦，这样其实就已经优化的不错了。但是我们记得不论如何优化端口范围是死的。

But，haproxy是专业的反向代理负载均衡调度器，它可以扩展多个IP以充分利用以扩大我们的端口范围

1 server web-node1     192.168.56.11:8080 check source 192.168.56.100:10000-65000
2 server web-node2     192.168.56.11:8080 check source 192.168.56.101:10000-65000

这样我们就的端口范围就直接扩展了一倍，当然，我们可以继续添加ip扩展