健康检查概述

Posted 2022-08-31 jiftle

负载均衡通过健康检查来判断后端服务器（ECS实例）的业务可用性。健康检查机制提高了前端业务整体可用性，避免了后端ECS异常对总体服务的影响。

开启健康检查功能后，当后端某台ECS健康检查出现异常时，负载均衡会自动将新的请求分发到其它健康检查正常的ECS上；而当该ECS恢复正常运行时，负载均衡会将其自动恢复到负载均衡服务中。

如果您的业务对负载敏感性高，高频率的健康检查探测可能会对正常业务访问造成影响。您可以结合业务情况，通过降低健康检查频率、增大健康检查间隔、七层检查修改为四层检查等方式，来降低对业务的影响。但为了保障业务的持续可用，不建议关闭健康检查。

健康检查过程

负载均衡采用集群部署。LVS集群或Tengine集群内的相关节点服务器同时承载了数据转发和健康检查职责。

LVS集群内不同服务器分别独立、并行地根据负载均衡策略进行数据转发和健康检查操作。如果某一台LVS节点服务器对后端某一台ECS健康检查失败，则该LVS节点服务器将不会再将新的客户端请求分发给相应的异常ECS。LVS集群内所有服务器同步进行该操作。

如下图所示，负载均衡健康检查使用的地址段是100.64.0.0/10，后端服务器务必不能屏蔽该地址段。您无需在ECS安全组中额外针对该地址段配置放行策略，但如有配置iptables等安全策略，请务必放行（100.64.0.0/10 是阿里云保留地址，其他用户无法分配到该网段内，不会存在安全风险）。

HTTP/HTTPS监听健康检查机制

针对七层（HTTP或HTTPS协议）监听，健康检查通过HTTP HEAD探测来获取状态信息，如下图所示。

对于HTTPS监听，证书在负载均衡系统中进行管理。负载均衡与后端ECS之间的数据交互（包括健康检查数据和业务交互数据），不再通过HTTPS进行传输，以提高系统性能。

七层监听的检查机制如下：

1. Tengine节点服务器根据监听的健康检查配置，向后端ECS的内网IP+【健康检查端口】+【检查路径】发送HTTP HEAD请求（包含设置的【域名】）。
2. 后端ECS收到请求后，根据相应服务的运行情况，返回HTTP状态码。
3. 如果在【响应超时时间】之内，Tengine节点服务器没有收到后端ECS返回的信息，则认为服务无响应，判定健康检查失败。
4. 如果在【响应超时时间】之内，Tengine节点服务器成功接收到后端ECS返回的信息，则将该返回信息与配置的状态码进行比对。如果匹配则判定健康检查成功，反之则判定健康检查失败。

TCP监听健康检查机制

针对四层TCP监听，为了提高健康检查效率，健康检查通过定制的TCP探测来获取状态信息，如下图所示。

TCP监听的检查机制如下：

1. LVS节点服务器根据监听的健康检查配置，向后端ECS的内网IP+【健康检查端口】发送TCP SYN数据包。
2. 后端ECS收到请求后，如果相应端口正在正常监听，则会返回SYN+ACK数据包。
3. 如果在【响应超时时间】之内，LVS节点服务器没有收到后端ECS返回的数据包，则认为服务无响应，判定健康检查失败；并向后端ECS发送RST数据包中断TCP连接。
4. 如果在【响应超时时间】之内，LVS节点服务器成功收到后端ECS返回的数据包，则认为服务正常运行，判定健康检查成功，而后向后端ECS发送RST数据包中断TCP连接。

说明 正常的TCP三次握手，LVS节点服务器在收到后端ECS返回的SYN+ACK数据包后，会进一步发送ACK数据包，随后立即发送RST数据包中断TCP连接。

该实现机制可能会导致后端ECS认为相关TCP连接出现异常（非正常退出），并在业务软件如Java连接池等日志中抛出相应的错误信息，如Connection reset by peer。

解决方案：

• TCP监听采用HTTP方式进行健康检查。
• 在后端ECS配置了获取客户端真实IP后，忽略来自前述负载均衡服务地址段相关访问导致的连接错误。

UDP监听健康检查

针对四层UDP监听，健康检查通过UDP报文探测来获取状态信息，如下图所示。

UDP监听的检查机制如下：

1. LVS节点服务器根据监听的健康检查配置，向后端ECS的内网IP+【健康检查端口】发送UDP报文。
2. 如果后端ECS相应端口未正常监听，则系统会返回类似port XX unreachable的ICMP报错信息，反之不做任何处理。
3. 如果在【响应超时时间】之内，LVS节点服务器收到了后端ECS返回的上述错误信息，则认为服务异常，判定健康检查失败。
4. 如果在【响应超时时间】之内，LVS节点服务器没有收到后端ECS返回的任何信息，则认为服务正常，判定健康检查成功。

说明 当前UDP协议服务健康检查可能存在服务真实状态与健康检查不一致的问题：

如果后端ECS是Linux服务器，在大并发场景下，由于Linux的防ICMP攻击保护机制，会限制服务器发送ICMP的速度。此时，即便服务已经出现异常，但由于无法向前端返回port XX unreachable报错信息，会导致负载均衡由于没收到ICMP应答进而判定健康检查成功，最终导致服务真实状态与健康检查不一致。

解决方案：

负载均衡通过发送您指定的字符串到后端服务器，必须得到指定应答后才认为检查成功。但该实现机制需要客户端程序配合应答。

健康检查时间窗

健康检查机制的引入，有效提高了业务服务的可用性。但是，为了避免频繁的健康检查失败引起的切换对系统可用性的冲击，健康检查只有在健康检查时间窗内连续多次检查成功或失败后，才会进行状态切换。健康检查时间窗由以下三个因素决定：

• 健康检查间隔（每隔多久进行一次健康检查）
• 响应超时时间 （等待服务器返回健康检查的时间）
• 检查阈值（健康检查连续成功或失败的次数）

健康检查时间窗的计算方法如下：

• 健康检查失败时间窗=响应超时时间×不健康阈值+检查间隔×（不健康阈值-1）
  
  
• 健康检查成功时间窗= （健康检查成功响应时间x健康阈值）+检查间隔x（健康阈值-1）
  说明 健康检查成功响应时间是一次健康检查请求从发出到响应的时间。当采用TCP方式健康检查时，由于仅探测端口是否存活，因此该时间非常短，几乎可以忽略不计。当采用HTTP方式健康检查时，该时间取决于应用服务器的性能和负载，但通常都在秒级以内。
  
  

健康检查状态对请求转发的影响如下：

• 如果目标ECS的健康检查失败，新的请求不会再分发到相应ECS上，所以对前端访问没有影响。
• 如果目标ECS的健康检查成功，新的请求会分发到该ECS上，前端访问正常。
• 如果目标ECS存在异常，正处于健康检查失败时间窗，而健康检查还未达到检查失败判定次数（默认为三次），则相应请求还是会被分发到该ECS，进而导致前端访问请求失败。

健康检查响应超时和健康检查间隔示例

以如下健康检查配置为例：

• 响应超时时间：5秒
• 健康检查间隔：2秒
• 健康阈值：3次
• 不健康阈值：3次

健康检查失败时间窗=响应超时时间×不健康阈值+检查间隔×（不健康阈值-1），即5×3+2×（3-1）=19s。

从健康状态到不健康状态的检查过程如下图所示：

健康检查成功时间窗= （健康检查成功响应时间×健康阈值）+检查间隔×（健康阈值-1），即（1×3）+2×（3-1）=7s。

说明 健康检查成功响应时间是一次健康检查请求从发出到响应的时间。当采用TCP方式健康检查时，由于仅探测端口是否存活，因此该时间非常短，几乎可以忽略不计。当采用HTTP方式健康检查时，该时间取决于应用服务器的性能和负载，但通常都在秒级以内。

从不健康状态到健康的状态检查过程如下图所示（假设服务器响应健康检查请求需要耗时1s）：

HTTP健康检查中域名的设置

当使用HTTP方式进行健康检查时，可以设置健康检查的域名，但并非强制选项。因为有些应用服务器会对请求中的host字段做校验，即要求请求头中必须存在host字段。如果在健康检查中配置了域名，则SLB会将域名配置到host字段中去，反之，如果没有配置域名，SLB则不会在请求中附带host字段，因此健康检查请求就会被服务器拒绝，可能导致健康检查失败。综上原因，如果您的应用服务器需要校验请求的host字段，那么则需要配置相关的域名，确保健康检查正常工作。

 

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