HAProxy负载均衡——掌握原理和基本概念

ゞ浴缸里的玫瑰 2023-07-07 03:45 15阅读 0赞

### 文章目录 ###

*   *  一、HAProxy简介
     *   *   *  1、什么是HAProxy？
             *  2、HAProxy支持两种主要的代理模式
             *  3、四层和七层负载均衡的区别
             *  4、HAProxy与LVS的异同
     *  二、负载均衡LVS、Nginx、HAproxy对比
     *   *   *  1、LVS
             *  2、Ngnix
             *  3、HAProxy

## 一、HAProxy简介 ##

#### 1、什么是HAProxy？ ####

HAProxy 是一款提供高可用性、负载均衡以及基于TCP（第四层）和HTTP（第七层）应用的代理软件（负载均衡器），支持虚拟主机，它是免费、快速并且可靠的一种解决方案。 HAProxy特别适用于那些负载特大的web站点，这些站点通常又需要会话保持或七层处理。HAProxy运行在时下的硬件上，完全可以支持数以万计的 并发连接。并且它的运行模式使得它可以很简单安全的整合进您当前的架构中， 同时可以保护你的web服务器不被暴露到网络上。

#### 2、HAProxy支持两种主要的代理模式 ####

TCP 即4层 （大多用于邮件服务器、内部协议通信服务器等），在4层模式下，HAProxy仅在客户端和服务器之间转发双向流量。

*  它主要是通过分析IP层及TCP/UDP层的流量实现的基于IP加端口的负载均衡。
 *  仅建立一次TCP连接。

HTTP 即7层模式，HAProxy会分析协议，并且能通过允许、拒绝、交换、增加、修改或删除请求 (request)或者回应(response)里指定内容来控制协议， 七层负载均衡器可以根据报文内容，再配合负载均衡算法来选择后端服务器，因此也称为“内容交换器”。

*  负载均衡器与客户端及后端的服务器会分别建立一次TCP连接

七层负载均衡对负载均衡设备的要求更高，而七层负载均衡的处理能力也必然低于四层模式的负载均衡。

#### 3、四层和七层负载均衡的区别 ####

所谓的四层就是ISO参考模型中的第四层。四层负载均衡也称为四层交换机，它主要是通过分析IP层及TCP/UDP层的流量实现的基于IP加端口的负载均衡。常见的基于四层的负载均衡器有LVS、F5等。  
以常见的TCP应用为例，负载均衡器在接收到第一个来自客户端的SYN请求时，会通过设定的负载均衡算法选择一个最佳的后端服务器，同时将报文中目标IP地址修改为后端服务器IP，然后直接转发给该后端服务器，这样一个负载均衡请求就完成了。从这个过程来看，一个TCP连接是客户端和服务器直接建立的，而负载均衡器只不过完成了一个类似路由器的转发动作。在某些负载均衡策略中，为保证后端服务器返回的报文可以正确传递给负载均衡器，在转发报文的同时可能还会对报文原来的源地址进行修改。整个过程下图所示。  
![在这里插入图片描述][20200220180404693.png]同理，七层负载均衡器也称为七层交换机，位于OSI的最高层，即应用层，此时负载均衡器支持多种应用协议，常见的有HTTP、FTP、SMTP等。七层负载均衡器可以根据报文内容，再配合负载均衡算法来选择后端服务器，因此也称为“内容交换器”。比如，对于Web服务器的负载均衡，七层负载均衡器不但可以根据“IP+端口”的方式进行负载分流，还可以根据网站的URL、访问域名、浏览器类别、语言等决定负载均衡的策略。例如，有两台Web服务器分别对应中英文两个网站，两个域名分别是A、B，要实现访问A域名时进入中文网站，访问B域名时进入英文网站，这在四层负载均衡器中几乎是无法实现的，而七层负载均衡可以根据客户端访问域名的不同选择对应的网页进行负载均衡处理。常见的七层负载均衡器有HAproxy、Nginx等。

这里仍以常见的TCP应用为例，由于负载均衡器要获取到报文的内容，因此只能先代替后端服务器和客户端建立连接，接着，才能收到客户端发送过来的报文内容，然后再根据该报文中特定字段加上负载均衡器中设置的负载均衡算法来决定最终选择的内部服务器。纵观整个过程，七层负载均衡器在这种情况下类似于一个代理服务器。整个过程如下图所示。  
![在这里插入图片描述][20200220180539190.png]对比四层负载均衡和七层负载均衡运行的整个过程，可以看出，在七层负载均衡模式下，负载均衡器与客户端及后端的服务器会分别建立一次TCP连接，而在四层负载均衡模式下，仅建立一次TCP连接。由此可知，七层负载均衡对负载均衡设备的要求更高，而七层负载均衡的处理能力也必然低于四层模式的负载均衡。

#### 4、HAProxy与LVS的异同 ####

1）两者都是软件负载均衡产品，但是LVS是基于Linux操作系统实现的一种软负载均衡，而HAProxy是基于第三应用实现的软负载均衡。  
2）LVS是基于四层的IP负载均衡技术，而HAProxy是基于四层和七层技术、可提供TCP和HTTP应用的负载均衡综合解决方案。  
3）LVS工作在ISO模型的第四层，因此其状态监测功能单一，而HAProxy在状态监测方面功能强大，可支持端口、URL、脚本等多种状态检测方式。  
4）HAProxy虽然功能强大，但是整体处理性能低于四层模式的LVS负载均衡，而LVS拥有接近硬件设备的网络吞吐和连接负载能力。  
综上所述，HAProxy和LVS各有优缺点，没有好坏之分，要选择哪个作为负载均衡器，要以实际的应用环境来决定。

## 二、负载均衡LVS、Nginx、HAproxy对比 ##

#### 1、LVS ####

LVS 的体系结构：

LVS 架设的服务器集群系统有三个部分组成：  
(1) 最前端的负载均衡层，用 Load Balancer 表示  
(2) 中间的服务器集群层，用 Server Array 表示  
(3) 最底端的数据共享存储层，用 Shared Storage 表示

优点：

*  抗负载能力强。抗负载能力强、性能高，能达到F5硬件的60%；对内存和cpu资源消耗比较低
 *  `工作在网络4层`，通过vrrp协议转发（仅作分发之用），具体的流量由linux内核处理，因此没有流量的产生。
 *  稳定性、可靠性好，自身有完美的热备方案；（如：LVS+Keepalived），不过我们在项目实施中用得最多的还是LVS/DR+Keepalived。
 *  配置性比较低，这是一个缺点也是一个优点，因为没有可太多配置的东西，所以并不需要太多接触，大大减少了人为出错的几率。
 *  无流量，LVS只分发请求，而流量并不从它本身出去，这点保证了均衡器IO的性能不会收到大流量的影响。
 *  应用范围比较广，可以对所有应用做负载均衡；包括http、数据库、在线聊天室等等。
 *  支持负载均衡算法：rr（轮循）、wrr（带权轮循）、lc（最小连接）、wlc（权重最小连接）
 *  配置复杂，对网络依赖比较大，稳定性很高。

缺点：

*  软件本身不支持正则表达式处理，不能做动静分离；而现在许多网站在这方面都有较强的需求，这个是Nginx/HAProxy+Keepalived的优势所在。
 *  如果是网站应用比较庞大的话，LVS/DR+Keepalived实施起来就比较复杂了，特别后面有Windows Server的机器的话，如果实施及配置还有维护过程就比较复杂了，相对而言，Nginx/HAProxy+Keepalived就简单多了。

#### 2、Ngnix ####

Nginx 的架构设计是采用模块化的、基于事件驱动、异步、单线程且非阻塞。

优点：

*  `工作在网络的7层之上`，可以针对http应用做一些分流的策略，比如针对域名、目录结构，它的正则规则比HAProxy更为强大和灵活，这也是它目前广泛流行的主要原因之一，Nginx单凭这点可利用的场合就远多于LVS了；
 *  **Nginx对网络的依赖比较小**，理论上能ping通就就能进行负载功能；
 *  Nginx安装和配置比较简单，测试起来比较方便，它基本能把错误用日志打印出来。LVS的配置、测试就要花比较长的时间了，LVS对网络依赖比较大；
 *  也可以承担高的负载压力且稳定，一般能支撑超过1万次的并发，负载度比LVS相对小些；
 *  对后端服务器的健康检查，只支持通过端口来检测，不支持通过url来检测，比如根据服务器处理网页返回的状态码、超时等等，并且会把返回错误的请求重新提交到另一个节点，不过其中缺点就是不支持url来检测。比如用户正在上传一个文件，而处理该上传的节点刚好在上传过程中出现故障，Nginx会把上传切到另一台服务器重新处理，而LVS就直接断掉了，如果是上传一个很大的文件或者很重要的文件的话，用户可能会因此而不满。
 *  Nginx现在作为Web反向加速缓存越来越成熟了，速度比传统的Squid服务器更快，可以考虑用其作为反向代理加速器。
 *  Nginx采用epoll模型，对请求的异步处理可以帮助节点服务器减轻负载；
 *  Master/Worker 结构：一个 master 进程，生成一个或多个 worker 进程
 *  支持负载均衡算法：Round-robin（轮循）、Weight-round-robin（带权轮循）、Ip-hash（Ip哈希）
 *  Nginx还能做Web服务器即Cache功能。Nginx也可作为静态网页和图片服务器，这方面的性能也无对手。还有Nginx社区非常活跃，第三方模块也很多。

缺点：

*  Nginx仅能支持http、https和Email协议，这样就在适用范围较小。
 *  对后端服务器的健康检查，只支持通过端口来检测，不支持通过url来检测。
 *  不支持Session的直接保持，但能通过ip\_hash来解决。对Big request header的支持不是很好。

#### 3、HAProxy ####

*  支`持两种代理模式：TCP（四层）和HTTP（七层）`，支持虚拟主机；
 *  能够补充Nginx的一些缺点比如Session的保持，Cookie的引导等工作，同时支持通过获取指定的url来检测后端服务器的状态。
 *  HAProxy跟LVS类似，本身就只是一款负载均衡软件；单纯从效率上来讲HAProxy会比Nginx有更出色的负载均衡速度，在并发处理上也是优于Nginx的。
 *  更多的负载均衡策略比如：动态加权轮循(Dynamic Round Robin)，加权源地址哈希(Weighted Source Hash)，加权URL哈希和加权参数哈希(Weighted Parameter Hash)已经实现
 *  HAProxy可以对Mysql进行负载均衡，对后端的DB节点进行检测和负载均衡。
 *  支持8种负载均衡算法：Round-robin（轮循）、Weight-round-robin（带权轮循）、source（原地址保持）、RI（请求URL）、rdp-cookie（根据cookie）

缺点：

*  不支持POP/SMTP协议
 *  不支持SPDY协议
 *  多进程模式支持不够好
 *  不能做Web服务器即Cache。

**三大主流软件负载均衡器适用业务场景：**

1、网站建设初期，可以选用Nigix/HAproxy作为反向代理负载均衡（或者流量不大都可以不选用负载均衡），因为其配置简单，性能也能满足一般的业务场景。如果考虑到负载均衡器是有单点问题，可以采用Nginx+Keepalived/HAproxy+Keepalived避免负载均衡器自身的单点问题。

2、网站并发达到一定程度之后，为了提高稳定性和转发效率，可以使用LVS、毕竟LVS比Nginx/HAproxy要更稳定，转发效率也更高。不过维护LVS对维护人员的要求也会更高，投入成本也更大。

注：Niginx与Haproxy比较：Niginx支持七层、用户量最大，稳定性比较可靠。Haproxy支持四层和七层，支持更多的负载均衡算法，支持session保存等。对于Http协议，Haproxy处理效率比Nginx高。所以，没有特殊要求的时候或者一般场景，建议使用Haproxy来做Http协议负载！但如果是Web，那么建议使用Nginx！具体选型看使用场景，目前来说Haproxy由于弥补了一些Nginx的缺点用户量也不断在提升。

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