高性能負(fù)載均衡-分類和算法
高性能集群之所以復(fù)雜，主要原因是增加了任務(wù)分配器，以及為任務(wù)選擇合適的分配算法。負(fù)載均衡器就是任務(wù)分配器，負(fù)載均衡這個(gè)名稱已經(jīng)成為事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，但負(fù)載均衡不只是為了計(jì)算單元的負(fù)載達(dá)到均衡狀態(tài)。
分類及架構(gòu)
常見的負(fù)載均衡分三種：DNS負(fù)載、硬件負(fù)載、軟件負(fù)載
1、DNS負(fù)載均衡
定義：解析同一個(gè)域名返回不同的IP地址，一般用來實(shí)現(xiàn)地理級(jí)別的均衡。例如同樣的域名，北方用戶和南方用戶獲取的地址是不一樣的。
優(yōu)點(diǎn)：
簡(jiǎn)單、成本低
實(shí)現(xiàn)就近訪問，提升訪問速度
缺點(diǎn)：
更新不及時(shí)（DNS緩存時(shí)間長(zhǎng)）
擴(kuò)展性差（無法根據(jù)業(yè)務(wù)定制和擴(kuò)展）
分配策略簡(jiǎn)單（算法少、無法感知后端服務(wù)器狀態(tài)）
2、硬件負(fù)載均衡
定義：通過單獨(dú)的硬件設(shè)備實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡功能，可以理解為一個(gè)用于負(fù)載均衡的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。目前業(yè)界典型的硬件負(fù)載均衡設(shè)備有兩款：F5 和 A10。
優(yōu)點(diǎn)：
功能強(qiáng)大（支持各層級(jí)負(fù)載、支持全面的負(fù)載算法、支持全局負(fù)載）
性能強(qiáng)大（支持100萬以上并發(fā)）
穩(wěn)定性高（商用硬件負(fù)載）
支持安全防護(hù)（具備防火墻、防DDoS攻擊等功能）
缺點(diǎn)：
價(jià)格昂貴（起步15萬，最高上百萬）
擴(kuò)展能力差（硬件設(shè)備無法進(jìn)行擴(kuò)展和定制）
3、軟件負(fù)載均衡
定義：通過負(fù)載均衡軟件來實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡功能，常見的有 Nginx 和 LVS兩種。
優(yōu)點(diǎn)：
簡(jiǎn)單（部署維護(hù)都比較簡(jiǎn)單）
便宜（只需Linux服務(wù)器裝上軟件）
靈活（可根據(jù)業(yè)務(wù)方便擴(kuò)展和定制）
缺點(diǎn)（與硬件負(fù)載相比）：
性能一般（一個(gè)Nginx大約支撐5萬并發(fā)）
功能沒有硬件負(fù)載強(qiáng)大
一般不具備防火墻和防DDoS等安全功能
4、典型架構(gòu)
3種負(fù)載機(jī)制在實(shí)際應(yīng)用中不是非此即彼，可以組合使用。
組合的基本原則為：DNS 負(fù)載均衡用于實(shí)現(xiàn)地理級(jí)別的負(fù)載均衡；硬件負(fù)載均衡用于實(shí)現(xiàn)集群級(jí)別的負(fù)載均衡；軟件負(fù)載均衡用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器級(jí)別的負(fù)載均衡。
算法
根據(jù)算法期望達(dá)到的目的，可以分為4類：
任務(wù)平分類：平均分配，平均可以是數(shù)量平均、也可以是比例平均、權(quán)重平均
負(fù)載均衡類：根據(jù)服務(wù)器負(fù)載進(jìn)行分配，這里的負(fù)載指系統(tǒng)當(dāng)前壓力，如CPU負(fù)載、連接數(shù)、I/O使用率等
性能最優(yōu)類：根據(jù)服務(wù)器響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行分配，響應(yīng)最快的分配更多新任務(wù)
Hash類：根據(jù)任務(wù)某些關(guān)鍵信息進(jìn)行Hash運(yùn)算，結(jié)果值相同的分配同一臺(tái)服務(wù)器
1、輪詢
定義：按照順序輪流分配到服務(wù)器，不關(guān)注服務(wù)器本身運(yùn)行狀態(tài)如何。
特點(diǎn)：只關(guān)注服務(wù)器是否在運(yùn)行，只要運(yùn)行就分配任務(wù)，不管運(yùn)行是否良好?！汉?jiǎn)單』是優(yōu)點(diǎn)，也是缺點(diǎn)。
2、加權(quán)輪詢
定義：輪詢的特殊形式，根據(jù)服務(wù)器權(quán)重進(jìn)行任務(wù)分配，權(quán)重指根據(jù)硬件配置進(jìn)行靜態(tài)配置的，主要目的是為了解決不同服務(wù)器處理能力有差異的問題。
特點(diǎn)：解決了輪詢算法中無法根據(jù)服務(wù)器的配置差異進(jìn)行任務(wù)分配的問題，但依然無法根據(jù)服務(wù)器的狀態(tài)差異進(jìn)行任務(wù)分配。
3、負(fù)載最低優(yōu)先
定義：將任務(wù)分配給當(dāng)前負(fù)載最低的服務(wù)器，這里的當(dāng)前負(fù)載根據(jù)不同任務(wù)類型和業(yè)務(wù)，可以用不同指標(biāo)衡量。如連接數(shù)、HTTP請(qǐng)求數(shù)、CPU負(fù)載、I/O負(fù)載等。
特點(diǎn)：解決了輪詢算法中無法感知服務(wù)器狀態(tài)的問題，代價(jià)是增加很多復(fù)雜度，因?yàn)樾枰兄?wù)器當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)。效果美好但實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景沒有輪詢多。
4、性能最優(yōu)類
定義：站在客戶端的角度進(jìn)行分配，優(yōu)先將任務(wù)分配給處理速度最快的服務(wù)器。
特點(diǎn)：與負(fù)載最低優(yōu)先類的算法類似，需要感知服務(wù)器狀態(tài)并且在合適周期內(nèi)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，復(fù)雜度很高。
5、Hash類
定義：根據(jù)任務(wù)中的某些關(guān)鍵信息進(jìn)行 Hash 運(yùn)算，將值相同的請(qǐng)求分配到同一臺(tái)服務(wù)器，目的主要是為了滿足特定業(yè)務(wù)需求。常見的有源地址Hash和ID Hash。
特點(diǎn)：將同一個(gè)源地址或帶有某個(gè)ID標(biāo)識(shí)的任務(wù)分配給同一個(gè)服務(wù)器，適合于存在事務(wù)、會(huì)話的業(yè)務(wù)
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