最近在看的幾本書中都提到負載均衡技術，發現自己對這部分內容了解的并不是很多，所以把這塊知識補充一下。與君共勉~!

什么是負載均衡(Load balancing)

在網站創立初期，我們一般都使用單臺機器對臺提供集中式服務，但是隨著業務量越來越大，無論是性能上還是穩定性上都有了更大的挑戰。這時候我們就會想到通過擴容的方式來提供更好的服務。我們一般會把多臺機器組成一個集群對外提供服務。然而，我們的網站對外提供的訪問入口都是一個的，比如www.taobao.com。那么當用戶在瀏覽器輸入www.taobao.com的時候如何將用戶的請求分發到集群中不同的機器上呢，這就是負載均衡在做的事情。

負載均衡分類

現在我們知道，負載均衡就是一種計算機網絡技術，用來在多個計算機(計算機集群)、網絡連接、CPU、磁碟驅動器或其他資源中分配負載，以達到***化資源使用、***化吞吐率、最小化響應時間、同時避免過載的目的。那么，這種計算機技術的實現方式有多種。大致可以分為以下幾種，其中最常用的是四層和七層負載均衡：

• 二層負載均衡

負載均衡服務器對外依然提供一個VIP(虛IP)，集群中不同的機器采用相同IP地址，但是機器的MAC地址不一樣。當負載均衡服務器接受到請求之后，通過改寫報文的目標MAC地址的方式將請求轉發到目標機器實現負載均衡。

• 三層負載均衡

和二層負載均衡類似，負載均衡服務器對外依然提供一個VIP(虛IP)，但是集群中不同的機器采用不同的IP地址。當負載均衡服務器接受到請求之后，根據不同的負載均衡算法，通過IP將請求轉發至不同的真實服務器。

• 四層負載均衡

四層負載均衡工作在OSI模型的傳輸層，由于在傳輸層，只有TCP/UDP協議，這兩種協議中除了包含源IP、目標IP以外，還包含源端口號及目的端口號。四層負載均衡服務器在接受到客戶端請求后，以后通過修改數據包的地址信息(IP+端口號)將流量轉發到應用服務器。

• 七層負載均衡

七層負載均衡工作在OSI模型的應用層，應用層協議較多，常用http、radius、dns等。七層負載就可以基于這些協議來負載。這些應用層協議中會包含很多有意義的內容。比如同一個Web服務器的負載均衡，除了根據IP加端口進行負載外，還可根據七層的URL、瀏覽器類別、語言來決定是否要進行負載均衡。

圖，四層和七層負載均衡

對于一般的應用來說，有了Nginx就夠了。Nginx可以用于七層負載均衡。但是對于一些大的網站，一般會采用DNS+四層負載+七層負載的方式進行多層次負載均衡。

圖，阿里云的SLB

常用負載均衡工具

Nginx/LVS/HAProxy是目前使用最廣泛的三種負載均衡軟件。

LVS

LVS(Linux Virtual Server)，也就是Linux虛擬服務器, 是一個由章文嵩博士發起的自由軟件項目。使用LVS技術要達到的目標是：通過LVS提供的負載均衡技術和Linux操作系統實現一個高性能、高可用的服務器群集，它具有良好可靠性、可擴展性和可操作性。從而以低廉的成本實現***的服務性能。

LVS主要用來做四層負載均衡。

Nginx

Nginx(發音同engine x)是一個網頁服務器，它能反向代理HTTP, HTTPS, SMTP, POP3, IMAP的協議鏈接，以及一個負載均衡器和一個HTTP緩存。

Nginx主要用來做七層負載均衡。

HAProxy

HAProxy是一個使用C語言編寫的自由及開放源代碼軟件，其提供高可用性、負載均衡，以及基于TCP和HTTP的應用程序代理。

Haproxy主要用來做七層負載均衡。

常見負載均衡算法

上面介紹負載均衡技術的時候提到過，負載均衡服務器在決定將請求轉發到具體哪臺真實服務器的時候，是通過負載均衡算法來實現的。負載均衡算法可以分為兩類：靜態負載均衡算法和動態負載均衡算法。

靜態負載均衡算法包括：輪詢，比率，優先權

動態負載均衡算法包括: 最少連接數,最快響應速度，觀察方法，預測法，動態性能分配，動態服務器補充，服務質量，服務類型，規則模式。

• 輪詢(Round Robin)：順序循環將請求一次順序循環地連接每個服務器。當其中某個服務器發生第二到第7 層的故障，BIG-IP 就把其從順序循環隊列中拿出，不參加下一次的輪詢，直到其恢復正常。
• 比率(Ratio)：給每個服務器分配一個加權值為比例，根椐這個比例，把用戶的請求分配到每個服務器。當其中某個服務器發生第二到第7 層的故障，BIG-IP 就把其從服務器隊列中拿出，不參加下一次的用戶請求的分配, 直到其恢復正常。
• 優先權(Priority)：給所有服務器分組,給每個組定義優先權，BIG-IP 用戶的請求，分配給優先級***的服務器組(在同一組內，采用輪詢或比率算法，分配用戶的請求);當***優先級中所有服務器出現故障，BIG-IP 才將請求送給次優先級的服務器組。這種方式，實際為用戶提供一種熱備份的方式。
• 最少的連接方式(Least Connection)：傳遞新的連接給那些進行最少連接處理的服務器。當其中某個服務器發生第二到第7 層的故障，BIG-IP 就把其從服務器隊列中拿出，不參加下一次的用戶請求的分配, 直到其恢復正常。
• 最快模式(Fastest)：傳遞連接給那些響應最快的服務器。當其中某個服務器發生第二到第7 層的故障，BIG-IP 就把其從服務器隊列中拿出，不參加下一次的用戶請求的分配，直到其恢復正常。
• 觀察模式(Observed)：連接數目和響應時間以這兩項的***平衡為依據為新的請求選擇服務器。當其中某個服務器發生第二到第7 層的故障，BIG-IP就把其從服務器隊列中拿出，不參加下一次的用戶請求的分配，直到其恢復正常。
• 預測模式(Predictive)：BIG-IP利用收集到的服務器當前的性能指標，進行預測分析，選擇一臺服務器在下一個時間片內，其性能將達到***的服務器相應用戶的請求。(被BIG-IP 進行檢測)
• 動態性能分配(Dynamic Ratio-APM):BIG-IP 收集到的應用程序和應用服務器的各項性能參數，動態調整流量分配。 動態服務器補充(Dynamic Server Act.):當主服務器群中因故障導致數量減少時，動態地將備份服務器補充至主服務器群。
• 服務質量(QoS):按不同的優先級對數據流進行分配。
• 服務類型(ToS): 按不同的服務類型(在Type of Field中標識)負載均衡對數據流進行分配。
• 規則模式：針對不同的數據流設置導向規則，用戶可自行。

【本文是51CTO專欄作者Hollis的原創文章，作者微信公眾號Hollis(ID：hollischuang)】

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