负载均衡（一）——初始负载均衡

最近在看的几本书中都提到负载均衡技术，发现自己对这部分内容了解的并不是很多，所以把这块知识补充一下。与君共勉~!

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什么是负载均衡(Load balancing)

在网站创立初期，我们一般都使用单台机器对台提供集中式服务，但是随着业务量越来越大，无论是性能上还是稳定性上都有了更大的挑战。这时候我们就会想到通过扩容的方式来提供更好的服务。我们一般会把多台机器组成一个集群对外提供服务。然而，我们的网站对外提供的访问入口都是一个的，比如www.taobao.com。那么当用户在浏览器输入www.taobao.com的时候如何将用户的请求分发到集群中不同的机器上呢，这就是负载均衡在做的事情。

负载均衡分类

现在我们知道，负载均衡就是一种计算机网络技术，用来在多个计算机(计算机集群)、网络连接、CPU、磁碟驱动器或其他资源中分配负载，以达到***化资源使用、***化吞吐率、最小化响应时间、同时避免过载的目的。那么，这种计算机技术的实现方式有多种。大致可以分为以下几种，其中最常用的是四层和七层负载均衡：

• 二层负载均衡

负载均衡服务器对外依然提供一个VIP(虚IP)，集群中不同的机器采用相同IP地址，但是机器的MAC地址不一样。当负载均衡服务器接受到请求之后，通过改写报文的目标MAC地址的方式将请求转发到目标机器实现负载均衡。

• 三层负载均衡

和二层负载均衡类似，负载均衡服务器对外依然提供一个VIP(虚IP)，但是集群中不同的机器采用不同的IP地址。当负载均衡服务器接受到请求之后，根据不同的负载均衡算法，通过IP将请求转发至不同的真实服务器。

• 四层负载均衡

四层负载均衡工作在OSI模型的传输层，由于在传输层，只有TCP/UDP协议，这两种协议中除了包含源IP、目标IP以外，还包含源端口号及目的端口号。四层负载均衡服务器在接受到客户端请求后，以后通过修改数据包的地址信息(IP+端口号)将流量转发到应用服务器。

• 七层负载均衡

七层负载均衡工作在OSI模型的应用层，应用层协议较多，常用http、radius、dns等。七层负载就可以基于这些协议来负载。这些应用层协议中会包含很多有意义的内容。比如同一个Web服务器的负载均衡，除了根据IP加端口进行负载外，还可根据七层的URL、浏览器类别、语言来决定是否要进行负载均衡。

图，四层和七层负载均衡

对于一般的应用来说，有了Nginx就够了。Nginx可以用于七层负载均衡。但是对于一些大的网站，一般会采用DNS+四层负载+七层负载的方式进行多层次负载均衡。

图，阿里云的SLB

常用负载均衡工具

Nginx/LVS/HAProxy是目前使用最广泛的三种负载均衡软件。

LVS

LVS(Linux Virtual Server)，也就是Linux虚拟服务器, 是一个由章文嵩博士发起的自由软件项目。使用LVS技术要达到的目标是：通过LVS提供的负载均衡技术和Linux操作系统实现一个高性能、高可用的服务器群集，它具有良好可靠性、可扩展性和可操作性。从而以低廉的成本实现***的服务性能。

LVS主要用来做四层负载均衡。

Nginx

Nginx(发音同engine x)是一个网页服务器，它能反向代理HTTP, HTTPS, SMTP, POP3, IMAP的协议链接，以及一个负载均衡器和一个HTTP缓存。

Nginx主要用来做七层负载均衡。

HAProxy

HAProxy是一个使用C语言编写的自由及开放源代码软件，其提供高可用性、负载均衡，以及基于TCP和HTTP的应用程序代理。

Haproxy主要用来做七层负载均衡。

常见负载均衡算法

上面介绍负载均衡技术的时候提到过，负载均衡服务器在决定将请求转发到具体哪台真实服务器的时候，是通过负载均衡算法来实现的。负载均衡算法可以分为两类：静态负载均衡算法和动态负载均衡算法。

静态负载均衡算法包括：轮询，比率，优先权

动态负载均衡算法包括: 最少连接数,最快响应速度，观察方法，预测法，动态性能分配，动态服务器补充，服务质量，服务类型，规则模式。

• 轮询(Round Robin)：顺序循环将请求一次顺序循环地连接每个服务器。当其中某个服务器发生第二到第7 层的故障，BIG-IP 就把其从顺序循环队列中拿出，不参加下一次的轮询，直到其恢复正常。
• 比率(Ratio)：给每个服务器分配一个加权值为比例，根椐这个比例，把用户的请求分配到每个服务器。当其中某个服务器发生第二到第7 层的故障，BIG-IP 就把其从服务器队列中拿出，不参加下一次的用户请求的分配, 直到其恢复正常。
• 优先权(Priority)：给所有服务器分组,给每个组定义优先权，BIG-IP 用户的请求，分配给优先级***的服务器组(在同一组内，采用轮询或比率算法，分配用户的请求);当***优先级中所有服务器出现故障，BIG-IP 才将请求送给次优先级的服务器组。这种方式，实际为用户提供一种热备份的方式。
• 最少的连接方式(Least Connection)：传递新的连接给那些进行最少连接处理的服务器。当其中某个服务器发生第二到第7 层的故障，BIG-IP 就把其从服务器队列中拿出，不参加下一次的用户请求的分配, 直到其恢复正常。
• 最快模式(Fastest)：传递连接给那些响应最快的服务器。当其中某个服务器发生第二到第7 层的故障，BIG-IP 就把其从服务器队列中拿出，不参加下一次的用户请求的分配，直到其恢复正常。
• 观察模式(Observed)：连接数目和响应时间以这两项的***平衡为依据为新的请求选择服务器。当其中某个服务器发生第二到第7 层的故障，BIG-IP就把其从服务器队列中拿出，不参加下一次的用户请求的分配，直到其恢复正常。
• 预测模式(Predictive)：BIG-IP利用收集到的服务器当前的性能指标，进行预测分析，选择一台服务器在下一个时间片内，其性能将达到***的服务器相应用户的请求。(被BIG-IP 进行检测)
• 动态性能分配(Dynamic Ratio-APM):BIG-IP 收集到的应用程序和应用服务器的各项性能参数，动态调整流量分配。 动态服务器补充(Dynamic Server Act.):当主服务器群中因故障导致数量减少时，动态地将备份服务器补充至主服务器群。
• 服务质量(QoS):按不同的优先级对数据流进行分配。
• 服务类型(ToS): 按不同的服务类型(在Type of Field中标识)负载均衡对数据流进行分配。
• 规则模式：针对不同的数据流设置导向规则，用户可自行。

【本文是专栏作者Hollis的原创文章，作者微信公众号Hollis(ID：hollischuang)】

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