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💡 上图中负载均衡服务器就是 HTTP 请求分发装置
总而言之,负载均衡(Load Balance)是分布式系统架构设计中必须考虑的因素之一。**一般通过负载均衡,冗余同一个服务实例的方式,解决分布式系统的大流量、高并发和高可用的问题。**负载均衡核心关键:在于是否分配均匀。
负载均衡服务器运行过程包含两个部分:
轮询算法把每个请求轮流发送到每个服务器上。
下图中,一共有 6 个客户端产生了 6 个请求,这 6 个请求按 (1, 2, 3, 4, 5, 6) 的顺序发送。(1, 3, 5) 的请求会被发送到服务器 1,(2, 4, 6) 的请求会被发送到服务器 2。
该算法比较适合每个服务器的性能差不多的场景,如果有性能存在差异的情况下,那么性能较差的服务器可能无法承担过大的负载(下图的 Server 2)。
加权轮询是在轮询的基础上,根据服务器的性能差异,为服务器赋予一定的权值,性能高的服务器分配更高的权值。
例如下图中,服务器 1 被赋予的权值为 5,服务器 2 被赋予的权值为 1,那么 (1, 2, 3, 4, 5) 请求会被发送到服务器 1,(6) 请求会被发送到服务器 2。
由于每个请求的连接时间不一样,使用轮询或者加权轮询算法的话,可能会让一台服务器当前连接数过大,而另一台服务器的连接过小,造成负载不均衡。
例如下图中,(1, 3, 5) 请求会被发送到服务器 1,但是 (1, 3) 很快就断开连接,此时只有 (5) 请求连接服务器 1;(2, 4, 6) 请求被发送到服务器 2,只有 (2) 的连接断开,此时 (6, 4) 请求连接服务器 2。该系统继续运行时,服务器 2 会承担过大的负载。
最少连接算法就是将请求发送给当前最少连接数的服务器上。
例如下图中,服务器 1 当前连接数最小,那么新到来的请求 6 就会被发送到服务器 1 上。
在最少连接的基础上,根据服务器的性能为每台服务器分配权重,再根据权重计算出每台服务器能处理的连接数。
把请求随机发送到服务器上。
和轮询算法类似,该算法比较适合服务器性能差不多的场景。
源地址哈希通过对客户端 IP 计算哈希值之后,再对服务器数量取模得到目标服务器的序号。
可以保证同一 IP 的客户端的请求会转发到同一台服务器上,用来实现会话粘滞(Sticky Session)
实现负载均衡,其实就是实现 HTTP 请求的分发/转发(将请求数据发送到该地址对应的 Web 服务器上),基础技术不外乎以下几种 👇
利用 HTTP 重定向协议实现负载均衡
HTTP 重定向负载均衡服务器使用某种负载均衡算法计算得到服务器的 IP 地址之后,将该地址写入 HTTP 重定向报文中,状态码为 302。客户端收到重定向报文之后,需要重新向服务器发起请求。
缺点:
该负载均衡转发的缺点比较明显,实际场景中很少使用它。
在 DNS 解析域名的同时使用负载均衡算法计算服务器 IP 地址。
优点:
缺点:
大型网站基本使用了 DNS 做为第一级负载均衡手段,然后在内部使用其它方式做第二级负载均衡。也就是说,域名解析的结果为内部的负载均衡服务器 IP 地址。
**反向代理服务器(比如 Nginx)位于源服务器前面,用户的请求需要先经过反向代理服务器才能到达源服务器。**反向代理可以用来进行缓存、日志记录等,同时也可以用来做为负载均衡服务器。
在这种负载均衡转发方式下,客户端不直接请求源服务器,因此源服务器不需要外部 IP 地址,而反向代理需要配置内部和外部两套 IP 地址。
优点:
缺点:
在网络层通过修改请求目标地址进行负载均衡。
在操作系统内核进程获取网络数据包,根据负载均衡算法计算源服务器的 IP 地址,并修改请求数据包的目的 IP 地址,最后进行转发。
源服务器返回的响应也需要经过负载均衡服务器,通常是让负载均衡服务器同时作为集群的网关服务器来实现。
优点:
缺点:
在数据链路层根据负载均衡算法计算源服务器的 MAC 地址,修改请求数据包的目的 MAC 地址,并进行转发。
通过配置源服务器的虚拟 IP 地址和负载均衡服务器的 IP 地址一致,从而不需要修改 IP 地址就可以进行转发。也正因为 IP 地址一样,所以源服务器的响应不需要转发回负载均衡服务器,可以直接转发给客户端,避免了负载均衡服务器的成为瓶颈。
这是一种三角传输模式,被称为直接路由。对于提供下载和视频服务的网站来说,直接路由避免了大量的网络传输数据经过负载均衡服务器。
这是目前大型网站使用最广负载均衡转发方式,在 Linux 平台可以使用的负载均衡服务器为 LVS(Linux Virtual Server)。
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