读书笔记-负载均衡与反向代理

当访问一个域名例如www.baidu.com时候，浏览器首先查询DNS服务器获取对应IP，然后通过IP访问对应服务。
一个很简单问题，当某台服务器重启或者故障，DNS有一定缓存事件，故障后切换时间长。
外网DNS应该用GSLB（全局负载均衡）进行流量调度，将请求分配到最近服务器以提升体验。而当某一区域机房出现问题，可以通过DNS指向其他区域机房。
对于内网DNS，使用一般轮询就可以了。
对于一般应用，使用Nginx就可以了。LVS（软件负载均衡器）和F5（硬负载均衡器）

• 二层负载均衡是通过改写报文的目标MAC地址为上游服务器MAC地址，源IP地址和目标IP地址是没有变的，负载均衡服务器和真实服务器共享一个VIP，如LVS DR工作模式。
• 四层负载均衡是根据端口将报文转发到上游服务器（不同IP地址+端口），入LVS NAT模式、HaProxy，七层负载均衡是根据端口号和应用协议入HTTP协议主机名、URL，转发报文到上游服务器（不同IP地址+端口），入HaProxy、Nginx

负载均衡主要关心以下几个方面

• 上游服务器配置：使用upstream server 配置上游服务器
• 负载均衡算法：配置多个上游服务器时负载均衡机制
• 失败重试机制：配置当超时或者上游服务器不存活时，是否需要重试其他上游服务器
• 服务器心跳检查：上游服务器健康/心跳检查

以下配置步骤指Nginx中配置：

upstream配置

• IP地址和端口
• 权重，权重越大，分配请求越多。

负载均衡算法

默认采取轮询即round-robin。
同时支持以下几种：

• round-robin：轮询，配合权重（weight）可以实现基于权重轮询
• ip_hash：根据客户IP进行负载，即相同ip负载均衡到同一upstream
• hash key [consistent]：对某一个key进行哈希或者使用一致性哈希进行负载均衡。使用Hash算法存在问题，当添加或者删除一台服务器时，将导致很多key被重新负载均衡到不同服务器（从而导致后端可能出现问题）;因此建议使用一致性哈希算法，有consisten_key动态指定，这样当删除/添加一台服务器时，只有少数key将被重新负载均衡到不同服务器。
  哈希算法：使用uri进行hash。一致性哈希算法，传入consisten_key动态执行定
• least_conn：将请求负载均衡到最少活跃连接的上游服务器。如果配置服务器较少，则将转使用基于权重轮询。

失败重试

主要有两部分配置：upstream server和 proxy_pass。
同步上游服务器的max_fails 和fail_timeout，来指定每个上游服务器，当fail_timeout时间内失败了max_fails次请求，则认为该上游服务器不可用，然后摘掉该上游服务器，fail_timeout时间后会再次将该服务器加入到存活上游服务器列表进行重试。

健康检查

Nginx对上游服务器的健康检查采用默认的惰性策略。

1. TCP心跳检查
2. HTTP心跳检查

其他配置

对上游服务器的一些配置

1. 域名上游服务器，当某一台服务器IP变化，Nginx解析配置文件阶段会将IP地址记录，但是当ip变化是Nginx不会动态更新，需要使用
   set $backend "http://c0.3.cn"
2. 备份上游服务器
3. 不可用上游服务器，即把一个服务器置为不可用

长连接

配置Nginx与上游服务器的长连接。
只建议对小报文进行长连接

HTTP动态负载均衡

使用负载均衡实现中，每次upstream列表有变更，都需要到服务器修改。需要一种服务注册，可以将upstream 动态注册到Nginx上，从而实现upstream服务自动发现。
Consul是一款开源的分布式服务注册与发现系统，通过HTTP API可以使得服务注册、发现实现起来非常简单。
步骤：

1. upstream服务启动，我们通过管理后台向consul注册服务。
2. 我们需要Nginx机器上部署并启动Consul-template Agent，其通过长轮询监听服务变更
3. Consul-template监听到变更后，动态修改upstream列表
4. Consul-template修改完upstream列表后，调用重启Nginx脚本重启Nginx。

使用Consul注册服务，使用OpenResty balancer_by_lua实现无reload动态负载均衡。即会实时更新到共享字典。

1. 通过upstream server 启动/停止时注册服务，或者通过Consul管理后台注册服务
2. Nginx启动时会调用init_by_lua，启动时拉去配置，并更新到共享字典来存储upstream列表;然后通过init_worker_by_lua启动定时器，定期去COnsul拉去配置并实时更新到共享字典
3. balancer_by_lua使用共享字典存储upstream列表进行动态负载均衡。

Nginx四层负载均衡

Nginx1.9.0起支持四层负载均衡。

• 四层就是基于IP+端口的负载均衡；四层通过虚拟IP+端口接收请求，然后再分配到真实的服务器；
• 七层就是基于URL等应用层信息的负载均衡；七层通过虚拟的URL或主机名接收请求，然后再分配到真实的服务器。
• 同理，还有基于MAC地址的二层负载均衡和基于IP地址的三层负载均衡。 换句换说，二层负载均衡会通过一个虚拟MAC地址接收请求，然后再分配到真实的MAC地址；
• 三层负载均衡会通过一个虚拟IP地址接收请求，然后再分配到真实的IP地址；

参考资料：

1. 亿级流量网站架构核心技术
2. https://kb.cnblogs.com/page/188170/