负载均衡这个话题比较大,一篇估计说不完,今天先来第一篇。
【百度百科】负载均衡,英文名称为Load Balance,其含义就是指将负载(工作任务)进行平衡、分摊到多个操作单元上进行运行,例如FTP服务器、Web服务器、企业核心应用服务器和其它主要任务服务器等,从而协同完成工作任务。
负载均衡构建在原有网络结构之上,它提供了一种透明且廉价有效的方法扩展服务器和网络设备的带宽、加强网络数据处理能力、增加吞吐量、提高网络的可用性和灵活性。
软件负载均衡:是指在一台或多台服务器相应的操作系统上安装一个或多个附加软件来实现负载均衡,如DNS Load Balance,CheckPoint Firewall-1 ConnectControl等,
硬件负载均衡:是直接在服务器和外部网络间安装负载均衡设备,这种设备通常称之为负载均衡器,由于专门的设备完成专门的任务,独立于操作系统,整体性能得到大量提高,加上多样化的负载均衡策略,智能化的流量管理,可达到最佳的负载均衡需求。
负载均衡有三种部署方式:路由模式、桥接模式、服务直接返回模式。路由模式部署灵活,约60%的用户采用这种方式部署;桥接模式不改变现有的网络架构;服务直接返回(DSR)比较适合吞吐量大特别是内容分发的网络应用。约30%的用户采用这种模式。
1、基于DNS的负载均衡
由于在DNS服务器中,可以为多个不同的地址配置相同的名字,最终查询这个名字的客户机将在解析这个名字时得到其中一个地址,所以这种代理方式是通过DNS服务中的随机名字解析域名和IP来实现负载均衡。
2、反向代理负载均衡(如Apache+JK2+Tomcat这种组合)
该种代理方式与普通的代理方式不同,标准代理方式是客户使用代理访问多个外部Web服务器,之所以被称为反向代理模式是因为这种代理方式是多个客户使用它访问内部Web服务器,而非访问外部服务器。
3、基于NAT(Network Address Translation)的负载均衡技术(如Linux VirtualServer,简称LVS)
该技术通过一个地址转换网关将每个外部连接均匀转换为不同的内部服务器地址,因此外部网络中的计算机就各自与自己转换得到的地址上的服务器进行通信,从而达到负载均衡的目的。其中网络地址转换网关位于外部地址和内部地址之间,不仅可以实现当外部客户机访问转换网关的某一外部地址时可以转发到某一映射的内部的地址上,还可使内部地址的计算机能访问外部网络。
在分布式系统中,多台服务器同时提供一个服务,并统一到服务配置中心进行管理,消费者通过查询服务配置中心,获取到服务到地址列表,需要选取其中一台来发起RPC远程调用。如何选择,则取决于具体的负载均衡算法,对应于不同的场景,选择的负载均衡算法也不尽相同。
现有的负载均衡算法主要分为静态和动态两类。静态负载均衡算法以固定的概率分配任务,不考虑服务器的状态信息,如轮转算法、加权轮转算法等;动态负载均衡算法以服务器的实时负载状态信息来决定任务的分配,如最小连接法、加权最小连接法等。
这种方法会将收到的请求循环分配到服务器集群中的每台机器,即有效服务器。如果使用这种方式,所有的标记进入虚拟服务的服务器应该有相近的资源容量以及负载形同的应用程序。如果所有的服务器有相同或者相近的性能那么选择这种方式会使服务器负载形同。基于这个前提,轮循调度是一个简单而有效的分配请求的方式。然而对于服务器不同的情况,选择这种方式就意味着能力比较弱的服务器也会在下一轮循环中接受轮循,即使这个服务器已经不能再处理当前这个请求了。这可能导致能力较弱的服务器超载。
这种算法解决了简单轮循调度算法的缺点:传入的请求按顺序被分配到集群中服务器,但是会考虑提前为每台服务器分配的权重。管理员只是简单的通过服务器的处理能力来定义各台服务器的权重。例如,能力最强的服务器A给的权重是100,同时能力最低的服务器给的权重是50。这意味着在服务器B接收到第一个请求之前前,服务器A会连续的接受到2个请求,以此类推。
以上两种方法都没有考虑的是系统不能识别在给定的时间里保持了多少连接。因此可能发生,服务器B服务器收到的连接比服务器A少但是它已经超载,因为服务器B上的用户打开连接持续的时间更长。这就是说连接数即服务器的负载是累加的。这种潜在的问题可以通过"最少连接数"算法来避免:传入的请求是根据每台服务器当前所打开的连接数来分配的。即活跃连接数最少的服务器会自动接收下一个传入的请求。接本上和简单轮询的原则相同:所有拥有虚拟服务的服务器资源容量应该相近。值得注意的是,在流量率低的配置环境中,各服务器的流量并不是相同的,会优先考虑第一台服务器。这是因为,如果所有的服务器是相同的,那么第一个服务器优先,直到第一台服务器有连续的活跃流量,否则总是会优先选择第一台服务器。
对最少连接数和带权重的最小连接数调度方法来说,当一个服务器刚加入线上环境是,可以为其配置一个时间段,在这段时间内连接数是有限制的而且是缓慢增加的。这为服务器提供了一个'过渡时间'以保证这个服务器不会因为刚启动后因为分配的连接数过多而超载。这个值在L7配置界面设置。
如果服务器的资源容量各不相同,那么"加权最少连接"方法更合适:由管理员根据服务器情况定制的权重所决定的活跃连接数一般提供了一种对服务器非常平衡的利用,因为他它借鉴了最少连接和权重两者的优势。通常,这是一个非常公平的分配方式,因为它使用了连接数和服务器权重比例;集群中比例最低的服务器自动接收下一个请求。但是请注意,在低流量情况中使用这种方法时,请参考"最小连接数"方法中的注意事项。
除了上述方法之外,负载主机包含一个自适用逻辑用来定时监测服务器状态和该服务器的权重。对于非常强大的"基于代理的自适应负载均衡"方法来说,负载主机以这种方式来定时检测所有服务器负载情况:每台服务器都必须提供一个包含文件,这个文件包含一个0~99的数字用来标明改服务器的实际负载情况(0=空前,99=超载,101=失败,102=管理员禁用),而服务器同构http get方法来获取这个文件;同时对集群中服务器来说,以二进制文件形式提供自身负载情况也是该服务器工作之一,然而,并没有限制服务器如何计算自身的负载情况。根据服务器整体负载情况,有两种策略可以选择:在常规的操作中,调度算法通过收集的服务器负载值和分配给该服务器的连接数的比例计算出一个权重比例。因此,如果一个服务器负载过大,权重会通过系统透明的作重新调整。和加权轮循调度方法一样,不正确的分配可以被记录下来使得可以有效的为不同服务器分配不同的权重。然而,在流量非常低的环境下,服务器报上来的负载值将不能建立一个有代表性的样本;那么基于这些值来分配负载的话将导致失控以及指令震荡。因此,在这种情况下更合理的做法是基于静态的权重比来计算负载分配。当所有服务器的负载低于管理员定义的下限时,负载主机就会自动切换为加权轮循方式来分配请求;如果负载大于管理员定义的下限,那么负载主机又会切换回自适应方式。
最高权重只有在其他服务器的权重值都很低时才使用。然而,如果最高权重的服务器下降,则下一个最高优先级的服务器将为客户端服务。这种方式中每个真实服务器的权重需要基于服务器优先级来配置。
流量的调度是通过加权轮循方式。加权轮循中所使用的权重是根据服务器有效性检测的响应时间来计算。每个有效性检测都会被计时,用来标记它响应成功花了多长时间。但是需要注意的是,这种方式假定服务器心跳检测是基于机器的快慢,但是这种假设也许不总是能够成立。所有服务器在虚拟服务上的响应时间的总和加在一起,通过这个值来计算单个服务物理服务器的权重;这个权重值大约每15秒计算一次。
这种方式通过生成请求源IP的哈希值,并通过这个哈希值来找到正确的真实服务器。这意味着对于同一主机来说他对应的服务器总是相同。使用这种方式,你不需要保存任何源IP。但是需要注意,这种方式可能导致服务器负载不平衡。
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参考资料: