Nginx/LVS/HAProxy負(fù)載均衡軟件的優(yōu)缺點(diǎn)詳解
PS：Nginx/LVS/HAProxy是目前使用最廣泛的三種負(fù)載均衡軟件，本人都在多個(gè)項(xiàng)目中實(shí)施過(guò)，參考了一些資料，結(jié)合自己的一些使用經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)一下。
一般對(duì)負(fù)載均衡的使用是隨著網(wǎng)站規(guī)模的提升根據(jù)不同的階段來(lái)使用不同的技術(shù)。具體的應(yīng)用需求還得具體分析，如果是中小型的Web應(yīng)用，比如日PV小于1000萬(wàn)，用Nginx就完全可以了；如果機(jī)器不少，可以用DNS輪詢，LVS所耗費(fèi)的機(jī)器還是比較多的；大型網(wǎng)站或重要的服務(wù)，且服務(wù)器比較多時(shí)，可以考慮用LVS。
一種是通過(guò)硬件來(lái)進(jìn)行進(jìn)行，常見(jiàn)的硬件有比較昂貴的F5和Array等商用的負(fù)載均衡器，它的優(yōu)點(diǎn)就是有專業(yè)的維護(hù)團(tuán)隊(duì)來(lái)對(duì)這些服務(wù)進(jìn)行維護(hù)、缺點(diǎn)就是花銷太大，所以對(duì)于規(guī)模較小的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)來(lái)說(shuō)暫時(shí)還沒(méi)有需要使用；另外一種就是類似于Nginx/LVS/HAProxy的基于Linux的開(kāi)源免費(fèi)的負(fù)載均衡軟件，這些都是通過(guò)軟件級(jí)別來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以費(fèi)用非常低廉。
目前關(guān)于網(wǎng)站架構(gòu)一般比較合理流行的架構(gòu)方案：Web前端采用Nginx/HAProxy+Keepalived作負(fù)載均衡器；后端采用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)一主多從和讀寫(xiě)分離，采用LVS+Keepalived的架構(gòu)。當(dāng)然要根據(jù)項(xiàng)目具體需求制定方案。
下面說(shuō)說(shuō)各自的特點(diǎn)和適用場(chǎng)合。
Nginx的優(yōu)點(diǎn)是：
1、工作在網(wǎng)絡(luò)的7層之上，可以針對(duì)http應(yīng)用做一些分流的策略，比如針對(duì)域名、目錄結(jié)構(gòu)，它的正則規(guī)則比HAProxy更為強(qiáng)大和靈活，這也是它目前廣泛流行的主要原因之一，Nginx單憑這點(diǎn)可利用的場(chǎng)合就遠(yuǎn)多于LVS了。
2、Nginx對(duì)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的依賴非常小，理論上能ping通就就能進(jìn)行負(fù)載功能，這個(gè)也是它的優(yōu)勢(shì)之一；相反LVS對(duì)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性依賴比較大，這點(diǎn)本人深有體會(huì)；
3、Nginx安裝和配置比較簡(jiǎn)單，測(cè)試起來(lái)比較方便，它基本能把錯(cuò)誤用日志打印出來(lái)。LVS的配置、測(cè)試就要花比較長(zhǎng)的時(shí)間了，LVS對(duì)網(wǎng)絡(luò)依賴比較大。
3、可以承擔(dān)高負(fù)載壓力且穩(wěn)定，在硬件不差的情況下一般能支撐幾萬(wàn)次的并發(fā)量，負(fù)載度比LVS相對(duì)小些。
4、Nginx可以通過(guò)端口檢測(cè)到服務(wù)器內(nèi)部的故障，比如根據(jù)服務(wù)器處理網(wǎng)頁(yè)返回的狀態(tài)碼、超時(shí)等等，并且會(huì)把返回錯(cuò)誤的請(qǐng)求重新提交到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，不過(guò)其中缺點(diǎn)就是不支持url來(lái)檢測(cè)。比如用戶正在上傳一個(gè)文件，而處理該上傳的節(jié)點(diǎn)剛好在上傳過(guò)程中出現(xiàn)故障，Nginx會(huì)把上傳切到另一臺(tái)服務(wù)器重新處理，而LVS就直接斷掉了，如果是上傳一個(gè)很大的文件或者很重要的文件的話，用戶可能會(huì)因此而不滿。
5、Nginx不僅僅是一款優(yōu)秀的負(fù)載均衡器/反向代理軟件，它同時(shí)也是功能強(qiáng)大的Web應(yīng)用服務(wù)器。LNMP也是近幾年非常流行的web架構(gòu)，在高流量的環(huán)境中穩(wěn)定性也很好。
6、Nginx現(xiàn)在作為Web反向加速緩存越來(lái)越成熟了，速度比傳統(tǒng)的Squid服務(wù)器更快，可以考慮用其作為反向代理加速器。
7、Nginx可作為中層反向代理使用，這一層面Nginx基本上無(wú)對(duì)手，唯一可以對(duì)比Nginx的就只有lighttpd了，不過(guò)lighttpd目前還沒(méi)有做到Nginx完全的功能，配置也不那么清晰易讀，社區(qū)資料也遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)Nginx活躍。
8、Nginx也可作為靜態(tài)網(wǎng)頁(yè)和圖片服務(wù)器，這方面的性能也無(wú)對(duì)手。還有Nginx社區(qū)非?；钴S，第三方模塊也很多。
Nginx的缺點(diǎn)是：
1、Nginx僅能支持http、https和Email協(xié)議，這樣就在適用范圍上面小些，這個(gè)是它的缺點(diǎn)。
2、對(duì)后端服務(wù)器的健康檢查，只支持通過(guò)端口來(lái)檢測(cè)，不支持通過(guò)url來(lái)檢測(cè)。不支持Session的直接保持，但能通過(guò)ip_hash來(lái)解決。
LVS：使用Linux內(nèi)核集群實(shí)現(xiàn)一個(gè)高性能、高可用的負(fù)載均衡服務(wù)器，它具有很好的可伸縮性（Scalability)、可靠性（Reliability)和可管理性（Manageability)。
LVS的優(yōu)點(diǎn)是：
1、抗負(fù)載能力強(qiáng)、是工作在網(wǎng)絡(luò)4層之上僅作分發(fā)之用，沒(méi)有流量的產(chǎn)生，這個(gè)特點(diǎn)也決定了它在負(fù)載均衡軟件里的性能***的，對(duì)內(nèi)存和cpu資源消耗比較低。
2、配置性比較低，這是一個(gè)缺點(diǎn)也是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)闆](méi)有可太多配置的東西，所以并不需要太多接觸，大大減少了人為出錯(cuò)的幾率。
3、工作穩(wěn)定，因?yàn)槠浔旧砜关?fù)載能力很強(qiáng)，自身有完整的雙機(jī)熱備方案，如LVS+Keepalived，不過(guò)我們?cè)陧?xiàng)目實(shí)施中用得最多的還是LVS/DR+Keepalived。
4、無(wú)流量，LVS只分發(fā)請(qǐng)求，而流量并不從它本身出去，這點(diǎn)保證了均衡器IO的性能不會(huì)收到大流量的影響。
5、應(yīng)用范圍比較廣，因?yàn)長(zhǎng)VS工作在4層，所以它幾乎可以對(duì)所有應(yīng)用做負(fù)載均衡，包括http、數(shù)據(jù)庫(kù)、在線聊天室等等。
LVS的缺點(diǎn)是：
1、軟件本身不支持正則表達(dá)式處理，不能做動(dòng)靜分離；而現(xiàn)在許多網(wǎng)站在這方面都有較強(qiáng)的需求，這個(gè)是Nginx/HAProxy+Keepalived的優(yōu)勢(shì)所在。
2、如果是網(wǎng)站應(yīng)用比較龐大的話，LVS/DR+Keepalived實(shí)施起來(lái)就比較復(fù)雜了，特別后面有Windows Server的機(jī)器的話，如果實(shí)施及配置還有維護(hù)過(guò)程就比較復(fù)雜了，相對(duì)而言，Nginx/HAProxy+Keepalived就簡(jiǎn)單多了。
HAProxy的特點(diǎn)是：
1、HAProxy也是支持虛擬主機(jī)的。
2、HAProxy的優(yōu)點(diǎn)能夠補(bǔ)充Nginx的一些缺點(diǎn)，比如支持Session的保持，Cookie的引導(dǎo)；同時(shí)支持通過(guò)獲取指定的url來(lái)檢測(cè)后端服務(wù)器的狀態(tài)。
3、HAProxy跟LVS類似，本身就只是一款負(fù)載均衡軟件；單純從效率上來(lái)講HAProxy會(huì)比Nginx有更出色的負(fù)載均衡速度，在并發(fā)處理上也是優(yōu)于Nginx的。
4、HAProxy支持TCP協(xié)議的負(fù)載均衡轉(zhuǎn)發(fā)，可以對(duì)MySQL讀進(jìn)行負(fù)載均衡，對(duì)后端的MySQL節(jié)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)和負(fù)載均衡，大家可以用LVS+Keepalived對(duì)MySQL主從做負(fù)載均衡。
5、HAProxy負(fù)載均衡策略非常多，HAProxy的負(fù)載均衡算法現(xiàn)在具體有如下8種：
① roundrobin，表示簡(jiǎn)單的輪詢，這個(gè)不多說(shuō)，這個(gè)是負(fù)載均衡基本都具備的；
② static-rr，表示根據(jù)權(quán)重，建議關(guān)注；
③ leastconn，表示最少連接者先處理，建議關(guān)注；
④ source，表示根據(jù)請(qǐng)求源IP，這個(gè)跟Nginx的IP_hash機(jī)制類似，我們用其作為解決session問(wèn)題的一種方法，建議關(guān)注；
⑤ ri，表示根據(jù)請(qǐng)求的URI；
⑥ rl_param，表示根據(jù)請(qǐng)求的URl參數(shù)’balance url_param’ requires an URL parameter name；
⑦ hdr(name)，表示根據(jù)HTTP請(qǐng)求頭來(lái)鎖定每一次HTTP請(qǐng)求；
⑧ rdp-cookie(name)，表示根據(jù)據(jù)cookie(name)來(lái)鎖定并哈希每一次TCP請(qǐng)求。
Nginx和LVS對(duì)比的總結(jié)：
1、Nginx工作在網(wǎng)絡(luò)的7層，所以它可以針對(duì)http應(yīng)用本身來(lái)做分流策略，比如針對(duì)域名、目錄結(jié)構(gòu)等，相比之下LVS并不具備這樣的功能，所以Nginx單憑這點(diǎn)可利用的場(chǎng)合就遠(yuǎn)多于LVS了；但Nginx有用的這些功能使其可調(diào)整度要高于LVS，所以經(jīng)常要去觸碰觸碰，觸碰多了，人為出問(wèn)題的幾率也就會(huì)大。
2、Nginx對(duì)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的依賴較小，理論上只要ping得通，網(wǎng)頁(yè)訪問(wèn)正常，Nginx就能連得通，這是Nginx的一大優(yōu)勢(shì)！Nginx同時(shí)還能區(qū)分內(nèi)外網(wǎng)，如果是同時(shí)擁有內(nèi)外網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)，就相當(dāng)于單機(jī)擁有了備份線路；LVS就比較依賴于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，目前來(lái)看服務(wù)器在同一網(wǎng)段內(nèi)并且LVS使用direct方式分流，效果較能得到保證。另外注意，LVS需要向托管商至少申請(qǐng)多一個(gè)ip來(lái)做Visual IP，貌似是不能用本身的IP來(lái)做VIP的。要做好LVS管理員，確實(shí)得跟進(jìn)學(xué)習(xí)很多有關(guān)網(wǎng)絡(luò)通信方面的知識(shí)，就不再是一個(gè)HTTP那么簡(jiǎn)單了。
3、Nginx安裝和配置比較簡(jiǎn)單，測(cè)試起來(lái)也很方便，因?yàn)樗灸馨彦e(cuò)誤用日志打印出來(lái)。LVS的安裝和配置、測(cè)試就要花比較長(zhǎng)的時(shí)間了；LVS對(duì)網(wǎng)絡(luò)依賴比較大，很多時(shí)候不能配置成功都是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)問(wèn)題而不是配置問(wèn)題，出了問(wèn)題要解決也相應(yīng)的會(huì)麻煩得多。
4、Nginx也同樣能承受很高負(fù)載且穩(wěn)定，但負(fù)載度和穩(wěn)定度差LVS還有幾個(gè)等級(jí)：Nginx處理所有流量所以受限于機(jī)器IO和配置；本身的bug也還是難以避免的。
5、Nginx可以檢測(cè)到服務(wù)器內(nèi)部的故障，比如根據(jù)服務(wù)器處理網(wǎng)頁(yè)返回的狀態(tài)碼、超時(shí)等等，并且會(huì)把返回錯(cuò)誤的請(qǐng)求重新提交到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)。目前LVS中 ldirectd也能支持針對(duì)服務(wù)器內(nèi)部的情況來(lái)監(jiān)控，但LVS的原理使其不能重發(fā)請(qǐng)求。比如用戶正在上傳一個(gè)文件，而處理該上傳的節(jié)點(diǎn)剛好在上傳過(guò)程中出現(xiàn)故障，Nginx會(huì)把上傳切到另一臺(tái)服務(wù)器重新處理，而LVS就直接斷掉了，如果是上傳一個(gè)很大的文件或者很重要的文件的話，用戶可能會(huì)因此而惱火。
6、Nginx對(duì)請(qǐng)求的異步處理可以幫助節(jié)點(diǎn)服務(wù)器減輕負(fù)載，假如使用apache直接對(duì)外服務(wù)，那么出現(xiàn)很多的窄帶鏈接時(shí)apache服務(wù)器將會(huì)占用大 量?jī)?nèi)存而不能釋放，使用多一個(gè)Nginx做apache代理的話，這些窄帶鏈接會(huì)被Nginx擋住，apache上就不會(huì)堆積過(guò)多的請(qǐng)求，這樣就減少了相當(dāng)多的資源占用。這點(diǎn)使用squid也有相同的作用，即使squid本身配置為不緩存，對(duì)apache還是有很大幫助的。
7、Nginx能支持http、https和email（email的功能比較少用），LVS所支持的應(yīng)用在這點(diǎn)上會(huì)比Nginx更多。在使用上，一般最前端所采取的策略應(yīng)是LVS，也就是DNS的指向應(yīng)為L(zhǎng)VS均衡器，LVS的優(yōu)點(diǎn)令它非常適合做這個(gè)任務(wù)。重要的ip地址，***交由LVS托管，比如數(shù)據(jù)庫(kù)的 ip、webservice服務(wù)器的ip等等，這些ip地址隨著時(shí)間推移，使用面會(huì)越來(lái)越大，如果更換ip則故障會(huì)接踵而至。所以將這些重要ip交給 LVS托管是最為穩(wěn)妥的，這樣做的唯一缺點(diǎn)是需要的VIP數(shù)量會(huì)比較多。Nginx可作為L(zhǎng)VS節(jié)點(diǎn)機(jī)器使用，一是可以利用Nginx的功能，二是可以利用Nginx的性能。當(dāng)然這一層面也可以直接使用squid，squid的功能方面就比Nginx弱不少了，性能上也有所遜色于Nginx。Nginx也可作為中層代理使用，這一層面Nginx基本上無(wú)對(duì)手，唯一可以撼動(dòng)Nginx的就只有l(wèi)ighttpd了，不過(guò)lighttpd目前還沒(méi)有能做到 Nginx完全的功能，配置也不那么清晰易讀。另外，中層代理的IP也是重要的，所以中層代理也擁有一個(gè)VIP和LVS是最***的方案了。具體的應(yīng)用還得具體分析，如果是比較小的網(wǎng)站（日PV小于1000萬(wàn)），用Nginx就完全可以了，如果機(jī)器也不少，可以用DNS輪詢，LVS所耗費(fèi)的機(jī)器還是比較多的；大型網(wǎng)站或者重要的服務(wù)，機(jī)器不發(fā)愁的時(shí)候，要多多考慮利用LVS。
現(xiàn)在對(duì)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡的使用是隨著網(wǎng)站規(guī)模的提升根據(jù)不同的階段來(lái)使用不同的技術(shù)：
***階段：利用Nginx或HAProxy進(jìn)行單點(diǎn)的負(fù)載均衡，這一階段服務(wù)器規(guī)模剛脫離開(kāi)單服務(wù)器、單數(shù)據(jù)庫(kù)的模式，需要一定的負(fù)載均衡，但是仍然規(guī)模較小沒(méi)有專業(yè)的維護(hù)團(tuán)隊(duì)來(lái)進(jìn)行維護(hù)，也沒(méi)有需要進(jìn)行大規(guī)模的網(wǎng)站部署。這樣利用Nginx或HAproxy就是***選擇，此時(shí)這些東西上手快， 配置容易，在七層之上利用HTTP協(xié)議就可以。這時(shí)是***選擇。
第二階段：隨著網(wǎng)絡(luò)服務(wù)進(jìn)一步擴(kuò)大，這時(shí)單點(diǎn)的Nginx已經(jīng)不能滿足，這時(shí)使用LVS或者商用Array就是首要選擇，Nginx此時(shí)就作為L(zhǎng)VS或者Array的節(jié)點(diǎn)來(lái)使用，具體LVS或Array的是選擇是根據(jù)公司規(guī)模和預(yù)算來(lái)選擇，Array的應(yīng)用交付功能非常強(qiáng)大，本人在某項(xiàng)目中使用過(guò)，性價(jià)比也遠(yuǎn)高于F5，商用***！但是一般來(lái)說(shuō)這階段相關(guān)人才跟不上業(yè)務(wù)的提升，所以購(gòu)買商業(yè)負(fù)載均衡已經(jīng)成為了必經(jīng)之路。
第三階段：這時(shí)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)已經(jīng)成為主流產(chǎn)品，此時(shí)隨著公司知名度也進(jìn)一步擴(kuò)展，相關(guān)人才的能力以及數(shù)量也隨之提升，這時(shí)無(wú)論從開(kāi)發(fā)適合自身產(chǎn)品的定制，以及降低成本來(lái)講開(kāi)源的LVS，已經(jīng)成為***，這時(shí)LVS會(huì)成為主流。
最終形成比較理想的基本架構(gòu)為：Array/LVS — Nginx/Haproxy — Squid/Varnish — AppServer。
