20 | 高性能负载均衡：分类及架构

高性能集群本质：增加服务器提升系统计算能力。同样输入和逻辑，服务器相同输出。复杂度是分配策略(为任务选择合适算法)

负载均衡器：有的基于负载考虑，有的基于性能（吞吐量、响应时间），有基于业务。

3 种：DNS 负载均衡、硬件、软件负载均衡。

一、DNS 负载均衡

地理级别。例如，北方访问北京机房，南方访问深圳。本质是 DNS 解析同域名返回不同 IP 地址。www.baidu.com，北方用户获取地址61.135.165.224（北京机房IP），南方14.215.177.38（深圳机房IP）

优点

简单、成本低：负载均衡交给 DNS 服务器处理，无须自己开发或者维护负载均衡设备。

就近访问，提升访问速度：加快访问速度，改善性能。

缺点：

更新不及时：DNS 缓存时间长，修改 DNS 配置后，很多用户会继续访问修改前的 IP，访问会失败，不能正常使用，达不到负载均衡

扩展性差：控制权在域名商，无法定制、扩展

分配策略比较简单：算法少；不区分服务器差异，无法感知服务器状态。

对于时延和故障敏感，实现了 HTTP-DNS 功能， HTTP 协议实现私有DNS 系统，和通用的 DNS 优缺点正好相反。

二、硬件负载均衡

和路由器、交换机类似，用于负载均衡基础网络设备。典型：F5 和 A10。强劲、功能强大，价格都不便宜，“土豪”公司才用

优点

功能强大：全面支持各层级的负载均衡，支持全面的负载均衡算法，支持全局负载均衡。

性能强大：对比一下，软件负载均衡支持到 10 万级并发已经很厉害了，硬件负载均衡可以支持 100 万以上的并发。

稳定性高：商用硬件负载均衡，经过了良好的严格测试，经过大规模使用，稳定性高。

支持安全防护：硬件均衡设备除具备负载均衡功能外，还具备防火墙、防 DDoS 攻击等安全功能。

缺点

贵：最普通的一台 F5 就是一台“马 6”，好一点的就是“Q7”了。

扩展能力差：硬件设备，可根据业务配置，无法进行扩展和定制。

三、软件负载均衡

Nginx 和 LVS，Nginx 7 层负载均衡，LVS Linux 内核4 层负载均衡。区别就在于协议和灵活性，Nginx 支持 HTTP、E-mail 协议；几乎所有应用都可以做，例如，聊天、数据库等。

软硬件区别在性能，Ngxin 性能万级，Linux 装 Nginx 5 万 / 秒；LVS 十万级，80 万 / 秒；F5 百万级，200 到 800 万 / 秒都有。当然，优势便宜，普通Linux 1 万元左右

Nginx 负载均衡架构

优点：

简单：部署、维护简单。

便宜：买个 Linux 服务器，装上软件

灵活：4 层和 7 层负载均衡可以根据业务进行选择；也可以根据业务进行比较方便的扩展，例如，可以通过 Nginx 的插件来实现业务的定制化功能。

缺点（和硬件相比）

性能一般：不具备防火墙和防 DDoS 攻击等安全功能。

四、负载均衡典型架构

硬件负载实现集群；软件负载均衡用于实现机器负载均衡。

三层。

地理：部署北京、广州、上海三个机房

集群：广州机房用F5 设备，到用户请求后，进行集群级别负载均衡，假设 F5 将用户请求发给了“广州集群 2”。

机器：广州集群 2 的负载均衡用的是 Nginx，Nginx 收到用户请求后，将用户请求发送给集群里面的某台服务器，服务器处理用户的业务请求并返回业务响应。

Nginx 简单足够用

小结

设计日活跃1000 万论坛的负载均衡集群，方案是什么？理由？

评论1

日活千万的论坛，这个流量不低了。 

1、首先，流量评估。

1000万DAU，换算成秒级，平均约等于116。 

考虑每个用户操作次数，假定10，换算成平均QPS=1160。 峰值QPS=11600(按10倍算) 

考虑静态资源、图片资源、服务拆分等，流量放大效应，假定10，QPS*10=116000。 

2、容量规划。 

高可用、异地多活，QPS*2=232000。 

半年增长，QPS*1.5=348000。 

3、最后方案

三级导流。 

第一级，DNS，确定机房，目前量级，可不考虑。 

第二级，确定集群，扩展优先，则选Haproxy/LVS，稳定优先则选F5。 

第三级，Nginx+KeepAlived，确定实例。

同样1000万日活用户，不同业务特点的QPS差异很大，例如抖音的访问量会明显高于支付业务，论坛业务明显高于工具类业务