概念：
负载均衡(Load Balancing)就是一种网络技术,是用来将工作负载分布到多个服务器上,提高资源利用率、最大化吞吐量、最小化响应时间、避免单个服务器过载，提高了系统的性能和可靠性。
原理：
负载均衡的主要原理是什么？
1. 监听客户端请求
2. 请求发送给调度器，根据调度算法选择服务器
3. 将请求转发到选择的服务器
4. 将服务器的响应转发回客户端
用途：
负载均衡通常用于:
集群服务器之间的负载分担
增强网络服务的可靠性和可用性
常见的负载均衡算法:
1. 随机算法:简单但可能导致负载分配不均衡。
2. 轮询算法:依次将请求分发到不同服务器,简单易实现但无法考虑服务器性能。
3. 权重轮询算法:根据服务器性能设置权重,性能高的服务器分配更多请求。
4. 最少连接算法:将请求分发到连接数最少的服务器。
5. 基于响应时间的算法:根据服务器的历史响应时间进行分配,响应时间短的优先分配。
6. 故障转移算法:主服务器发生故障后,请求转发到备份服务器。
这里举例一个使用js实现简单的负载均衡的代码：
代码语言：javascript复制 // 服务列表
let servers = [
{
name: "server1",
url: "http://server1.example.com"
},
{
name: "server2",
url: "http://server2.example.com"
},
{
name: "server3",
url: "http://server3.example.com"
}
];
// 服务权重映射表
let weights = {
server1: 1,
server2: 2,
server3: 1
};
// 获取随机服务
function getServer() {
let total = Object.values(weights).reduce((a, b) => a b, 0);
let offset = Math.floor(Math.random() * total);
let idx = 0;
for (let key in weights) {
if (offset < weights[key]) return servers[idx];
offset -= weights[key];
idx ;
}
}
// 请求处理函数
function handleRequest(request) {
let server = getServer();
console.log(`Forward request to ${server.name}`);
// 转发请求到选择的服务器
let res = forwardRequest(request, server.url);
// 获取响应并返回客户端
return res;
}
// 转发请求到服务URL并获取响应
function forwardRequest(request, url) {
let options = {
hostname: url,
port: 80,
path: request.url,
method: request.method
};
let res = '';
let req = http.request(options, (response) => {
response.on('data', (chunk) => {
res = chunk;
});
response.on('end', () => {
return res;
});
});
req.on('error', (err) => {
console.log('Error: ', err);
});
req.end();
}
// HTTP服务
let server = http.createServer((req, res) => {
let response = handleRequest(req);
res.end(response);
});
// 监听客户端请求
listenForRequests(8888);常见的负载均衡架构:
1. DNS 负载均衡:通过 DNS 服务器,将请求分发到不同 IP 地址的服务器。
2. 硬件负载均衡器:通过专用负载均衡硬件设备,实现负载分发和故障转移。
3. 软件负载均衡:在服务器上部署负载均衡软件(如 Nginx,LVS,HAProxy等),通过软件实现负载分配。
常见的工作模式：
- 四层负载均衡:基于 TCP/IP 协议工作,可以对任意类型的 TCP/UDP 应用进行负载均衡。如 LVS、NLB 等。
- 七层负载均衡:基于 HTTP 协议工作,主要用于 Web 应用的负载均衡。如 Nginx、HAProxy、F5 等。
- 基于代理的负载均衡:通过反向代理服务器实现负载均衡。如 Nginx、HAProxy 等。
- 硬件负载均衡器:使用专用网络设备实现负载均衡。如 F5 BIG-IP 等。
常见的负载均衡软件：
1. Nginx:轻量级的 Web 服务器和反向代理服务器,也提供基于七层的负载均衡功能。
2. HAProxy:提供高可用性、基于七层的负载均衡和基于TCP和HTTP应用的代理,主要用于整合和监控集群中各节点服务。
3. LVS: Linux Virtual Server,是 Linux 平台下的软件负载均衡解决方案,工作在四层,支持各种调度算法。
4. AWS ELB:Amazon Web Services 提供的基于七层的负载均衡服务,可在 AWS 云内对 HTTP 和 TCP 应用进行负载均衡。
5. Azure Load Balancer:Microsoft Azure 提供的负载均衡器,可在 Azure 云平台上实现基于七层的负载均衡。
常见的硬件负载均衡：
1. F5 BIG-IP:提供高级防火墙、VPN、DNS与四层和七层负载均衡功能的硬件设备。
2. A10 ADC:提供高级的软件定义网络、四层负载均衡、七层内容交付网络和DDoS防火墙等网络解决方案。
3. Citrix NetScaler:提供四层和七层负载均衡、应用交付、云网络等功能的全软件网络设备。
4. Radware Alteon:提供高级adaptative网络安全、四层负载均衡和七层应用交付等功能的硬件设备。
### 误区：
初识对于负载均衡和高可用两个概念有点混淆，下面就来说说其中区别。
负载均衡
主要用于增加系统的吞吐量和效率,通过在多台服务器之间分配负载,充分利用资源。
通常在传输层或应用层工作,用于分发对应层的请求。
适用于吞吐量较高的场景,提高web服务能力，如电商网站。
常用软件：Nginx、LVS、HAProxy 等。
高可用
主要用于提高系统的可靠性,通过在多台服务器之间配置冗余,避免单点故障造成的服务中断。
设计在更低的操作系统或硬件层面,避免单一设备故障。
关注系统冗余,需配置双电源、备用设备、心跳检测、故障转移等。
常用软件：Keepalived、Heartbeat、Pacemaker等。
负载均衡追求更高的性能,高可用追求更高的稳定性。实际使用的时候,两者常结合使用:既能提高性能,又能确保高可用,达到更好的效果。
### 浅谈LVS
LVS 是 Linux Virtual Server 的简称,是 Linux 操作系统下的一款软件负载均衡解决方案。它可以实现基于四层(TCP/IP协议)的负载均衡,对来自客户端的请求进行分发,将负载分散到多台实际的服务器上,从而提高服务能力和可靠性。
LVS采用三层结构：
第一层：负载调度器
第二层：服务池
第三层：共享存储
LVS 主要由两部分组成:
1. IPVS(IP Virtual Server):Responsible for load balancing in the Linux kernel.LVS 中最核心的部分,实现请求分发与负载均衡功能。
2. 特定的 administration 程序:用于配置 IPVS,管理真实服务器等。常用的工具有:ipvsadm、ipvsadmin 等。
LVS 的工作模式主要有三种:
1. NAT 模式:LVS 对请求进行源地址转换后分发到后端服务器,对客户端来说只有一个 IP 地址。
2. TUN 模式:将客户端请求数据包进行封装后转发给后端服务器,服务器直接与客户端交互。
3. DR(Direct Routing)模式:将客户端请求数据包直接转发给后端服务器,客户端与真实服务器直接交互,LVS 只负责分发请求。
LVS 的主要配置步骤如下:
1. 安装 LVS,启动 IPVS 内核模块。
2. 配置虚拟服务(设置 VIP、端口、调度算法等)。常用命令:ipvsadm -A -t <VIP>:<PORT> -s <sched>
3. 添加真实服务器(设置 RIP、端口、权重等)。常用命令:ipvsadm -a -t <VIP>:<PORT> -r <RIP>:<PORT> -w <weight>
4. 启动管理程序(ipvsadm),监控服务器状态并同步配置。
5. 配置高可用,通过 Keepalived 实现 LVS 节点故障切换。
6. 启动 Keepalived 进行状态检测,当主节点故障时能够快速切换到备节点。
### 脑裂
在一个高可用集群中,由于网络故障导致集群中部分节点失去连接,但各节点本身并未故障。本来一个整体、变成独立的两个个体。争抢共享资源、这会导致集群中的数据出现不一致,影响服务的正确性和可靠性。
原因：
1. 网络隔离:集群中部分节点之间的网络连接断开,导致节点间无法正常通信。
2. 网络延迟:节点间网络连接出现严重延迟,导致节点间通信不稳定。
3. 网络攻击:恶意网络攻击导致集群节点间网络通信中断。
4. 配置不当
5. 硬件故障
6. 防火墙
等等
解决：
1. 心跳检测、状态同步
2. 监控脑裂程序
3. 手动配置
