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1.什么是負(fù)載均衡

Load balancing返劲，即負(fù)載均衡玲昧，是一種計(jì)算機(jī)技術(shù)，用來在多個(gè)計(jì)算機(jī)（計(jì)算機(jī)集群）篮绿、網(wǎng)絡(luò)連接孵延、CPU、磁盤驅(qū)動(dòng)器或其他資源中分配負(fù)載亲配，以達(dá)到最優(yōu)化資源使用尘应、最大化吞吐率惶凝、最小化響應(yīng)時(shí)間、同時(shí)避免過載的目的犬钢。

2.為什么需要負(fù)載均衡

我們在日常生活中經(jīng)常免不了要去一些比較擁擠的地方苍鲜，比如地鐵站、火車站玷犹、電影院混滔、銀行等。無論是買票箱舞，還是排隊(duì)入場遍坟，這些場所一般都會(huì)設(shè)置多個(gè)服務(wù)點(diǎn)或者入口的。如果沒有人引導(dǎo)的話晴股，大多數(shù)情況下愿伴，最近的入口會(huì)擠滿人。而哪些距離較遠(yuǎn)的服務(wù)點(diǎn)或者入口就寬松很多电湘。

?這種情況下隔节，就會(huì)大大浪費(fèi)資源，因?yàn)槿绻梢园堰@些排隊(duì)的人很好的分散到各個(gè)入口的話會(huì)大大縮短排隊(duì)時(shí)間寂呛。其實(shí)怎诫，網(wǎng)站的建設(shè)也是一樣的。為了提升網(wǎng)站的服務(wù)能力贷痪，很多網(wǎng)站采用集群部署幻妓，就像話劇院有多個(gè)入口一樣。這時(shí)候劫拢，就需要一個(gè)協(xié)調(diào)者肉津，來均衡的分配這些用戶的請求，可以讓用戶的可以均勻的分派到不同的服務(wù)器上舱沧。

什么是負(fù)載均衡

在早高峰乘地鐵時(shí)候妹沙，緊挨小區(qū)的地鐵口人特別多，一般會(huì)有限流熟吏，還會(huì)有個(gè)地鐵工作人員D那個(gè)大喇叭在喊“著急的人員請走B口距糖，B口人少車空”。牵寺。悍引。

而這個(gè)地鐵工作人員D就是負(fù)責(zé)負(fù)載均衡的。為了提升網(wǎng)站的各方面能力帽氓，我們一般會(huì)把多臺(tái)機(jī)器組成一個(gè)集群對(duì)外提供服務(wù)吗铐。然而，我們的網(wǎng)站對(duì)外提供的訪問入口都是一個(gè)的杏节，比如www.taobao.com唬渗。那么當(dāng)用戶在瀏覽器輸入www.taobao.com的時(shí)候如何將用戶的請求分發(fā)到集群中不同的機(jī)器上呢，這就是負(fù)載均衡在做的事情奋渔。

負(fù)載均衡（Load Balance）镊逝，意思是將負(fù)載（工作任務(wù)，訪問請求）進(jìn)行平衡嫉鲸、分?jǐn)偟蕉鄠€(gè)操作單元（服務(wù)器撑蒜，組件）上進(jìn)行執(zhí)行。是解決高性能玄渗，單點(diǎn)故障（高可用）座菠，擴(kuò)展性（水平伸縮）的終極解決方案。

3.負(fù)載均衡分類

先看下OSI七層模型

OSI是一個(gè)開放性的通信系統(tǒng)互連參考模型藤树，他是一個(gè)定義得非常好的協(xié)議規(guī)范浴滴。

OSI模型有7層結(jié)構(gòu)，每層都可以有幾個(gè)子層岁钓。 OSI的7層從上到下分別是 7升略、應(yīng)用層；6屡限、表示層品嚣；5、會(huì)話層钧大；4翰撑、傳輸層；3啊央、網(wǎng)絡(luò)層眶诈；2、數(shù)據(jù)鏈路層劣挫；1册养、物理層；

其中高層（即7压固、6球拦、5、4層）定義了應(yīng)用程序的功能帐我，下面3層（即3坎炼、2、1層）主要面向通過網(wǎng)絡(luò)的端到端的數(shù)據(jù)流拦键。

在這七層模型種谣光，高層次都是依賴于低層次的。層次越高芬为，使用起來越方便萄金。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的概念：

TELNET蟀悦、HTTP、FTP氧敢、NFS日戈、SMTP、DNS等屬于第七層應(yīng)用層的概念孙乖。

TCP浙炼、UDP、SPX等屬于第四層傳輸層的概念唯袄。

IP弯屈、IPX等屬于第三層網(wǎng)絡(luò)層的概念。

ATM恋拷、FDDI等屬于第二層數(shù)據(jù)鏈路層的概念资厉。

了解了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的七層模型以后，再來看看負(fù)載均衡梅掠。我們可以很明確的一點(diǎn)是酌住，負(fù)載均衡是要在網(wǎng)絡(luò)傳輸中做文章的。而要在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程搞事情阎抒，那么這七層模型就勢必躲不開酪我。

所以，根據(jù)負(fù)載均衡技術(shù)實(shí)現(xiàn)在OSI七層模型的不同層次且叁，是可以給負(fù)載均衡分類的都哭。

常見的實(shí)現(xiàn)方式中，主要可以在應(yīng)用層逞带、傳輸層欺矫、網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)傳輸層做文章。所以展氓，工作在應(yīng)用層的負(fù)載均衡穆趴，我們通常稱之為七層負(fù)載均衡、工作在傳輸層的我們稱之為四層負(fù)載均衡遇汞。

大致可以分為以下幾種未妹，其中最常用的是四層和七層負(fù)載均衡：

二層負(fù)載均衡

負(fù)載均衡服務(wù)器對(duì)外依然提供一個(gè)VIP（虛IP），集群中不同的機(jī)器采用相同IP地址空入，但是機(jī)器的MAC地址不一樣络它。當(dāng)負(fù)載均衡服務(wù)器接受到請求之后，通過改寫報(bào)文的目標(biāo)MAC地址的方式將請求轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)機(jī)器實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡歪赢。

三層負(fù)載均衡

和二層負(fù)載均衡類似化戳，負(fù)載均衡服務(wù)器對(duì)外依然提供一個(gè)VIP（虛IP），但是集群中不同的機(jī)器采用不同的IP地址埋凯。當(dāng)負(fù)載均衡服務(wù)器接受到請求之后点楼，根據(jù)不同的負(fù)載均衡算法扫尖，通過IP將請求轉(zhuǎn)發(fā)至不同的真實(shí)服務(wù)器。

四層負(fù)載均衡

四層負(fù)載均衡工作在OSI模型的傳輸層掠廓，由于在傳輸層藏斩，只有TCP/UDP協(xié)議，這兩種協(xié)議中除了包含源IP却盘、目標(biāo)IP以外，還包含源端口號(hào)及目的端口號(hào)媳拴。四層負(fù)載均衡服務(wù)器在接受到客戶端請求后黄橘，以后通過修改數(shù)據(jù)包的地址信息（IP+端口號(hào)）將流量轉(zhuǎn)發(fā)到應(yīng)用服務(wù)器。

七層負(fù)載均衡

七層負(fù)載均衡工作在OSI模型的應(yīng)用層屈溉，應(yīng)用層協(xié)議較多塞关，常用http、radius子巾、dns等帆赢。七層負(fù)載就可以基于這些協(xié)議來負(fù)載。這些應(yīng)用層協(xié)議中會(huì)包含很多有意義的內(nèi)容线梗。比如同一個(gè)Web服務(wù)器的負(fù)載均衡椰于，除了根據(jù)IP加端口進(jìn)行負(fù)載外，還可根據(jù)七層的URL仪搔、瀏覽器類別瘾婿、語言來決定是否要進(jìn)行負(fù)載均衡。?

負(fù)載均衡工具

市面上有很多開源的負(fù)載均衡的工具或軟件烤咧，基本都是基于前面提到的方案實(shí)現(xiàn)的偏陪，大多數(shù)是工作在第七層和第四層的。Nginx/LVS/HAProxy是目前使用最廣泛的三種負(fù)載均衡軟件煮嫌。

LVS：LVS主要用來做四層負(fù)載均衡

LVS（Linux Virtual Server）笛谦，也就是Linux虛擬服務(wù)器, 是一個(gè)由章文嵩博士發(fā)起的自由軟件項(xiàng)目。使用LVS技術(shù)要達(dá)到的目標(biāo)是：通過LVS提供的負(fù)載均衡技術(shù)和Linux操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一個(gè)高性能昌阿、高可用的服務(wù)器群集饥脑，它具有良好可靠性、可擴(kuò)展性和可操作性宝泵。從而以低廉的成本實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的服務(wù)性能好啰。

Nginx：Nginx主要用來做七層負(fù)載均衡

Nginx（發(fā)音同engine x）是一個(gè)網(wǎng)頁服務(wù)器，它能反向代理HTTP, HTTPS, SMTP, POP3, IMAP的協(xié)議鏈接儿奶，以及一個(gè)負(fù)載均衡器和一個(gè)HTTP緩存框往。。

HAProxy：HAProxy主要用來做七層負(fù)載均衡

HAProxy是一個(gè)使用C語言編寫的自由及開放源代碼軟件闯捎，其提供高可用性椰弊、負(fù)載均衡许溅，以及基于TCP和HTTP的應(yīng)用程序代理。

4.負(fù)載均衡算法

負(fù)載均衡服務(wù)器在決定將請求轉(zhuǎn)發(fā)到具體哪臺(tái)真實(shí)服務(wù)器的時(shí)候秉版，是通過負(fù)載均衡算法來實(shí)現(xiàn)的贤重。負(fù)載均衡算法，是一個(gè)負(fù)載均衡服務(wù)器的核心清焕。

就像電影院門口的引導(dǎo)員一樣并蝗，他根據(jù)什么把排隊(duì)人員分配到具體的入口呢？是哪個(gè)入口人少嗎秸妥？還是哪個(gè)入口速度最快滚停？還是哪個(gè)入口最近呢？

負(fù)載均衡算法可以分為兩類：靜態(tài)負(fù)載均衡算法和動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡算法粥惧。

1）.靜態(tài)負(fù)載均衡算法包括：輪詢键畴，比率，優(yōu)先權(quán)

輪詢（Round Robin）：順序循環(huán)將請求一次順序循環(huán)地連接每個(gè)服務(wù)器突雪。當(dāng)其中某個(gè)服務(wù)器發(fā)生第二到第7 層的故障起惕，BIG-IP 就把其從順序循環(huán)隊(duì)列中拿出，不參加下一次的輪詢咏删，直到其恢復(fù)正常惹想。

比率（Ratio）：給每個(gè)服務(wù)器分配一個(gè)加權(quán)值為比例，根椐這個(gè)比例饵婆，把用戶的請求分配到每個(gè)服務(wù)器勺馆。當(dāng)其中某個(gè)服務(wù)器發(fā)生第二到第7 層的故障，BIG-IP 就把其從服務(wù)器隊(duì)列中拿出侨核，不參加下一次的用戶請求的分配, 直到其恢復(fù)正常草穆。

優(yōu)先權(quán)（Priority）：給所有服務(wù)器分組,給每個(gè)組定義優(yōu)先權(quán)，BIG-IP 用戶的請求搓译，分配給優(yōu)先級(jí)最高的服務(wù)器組（在同一組內(nèi)悲柱，采用輪詢或比率算法，分配用戶的請求）些己；當(dāng)最高優(yōu)先級(jí)中所有服務(wù)器出現(xiàn)故障豌鸡，BIG-IP 才將請求送給次優(yōu)先級(jí)的服務(wù)器組。這種方式段标，實(shí)際為用戶提供一種熱備份的方式涯冠。

2).動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡算法包括: 最少連接數(shù),最快響應(yīng)速度，觀察方法逼庞，預(yù)測法蛇更，動(dòng)態(tài)性能分配，動(dòng)態(tài)服務(wù)器補(bǔ)充，服務(wù)質(zhì)量派任，服務(wù)類型砸逊，規(guī)則模式。

最少的連接方式（Least Connection）：傳遞新的連接給那些進(jìn)行最少連接處理的服務(wù)器掌逛。當(dāng)其中某個(gè)服務(wù)器發(fā)生第二到第7 層的故障师逸，BIG-IP 就把其從服務(wù)器隊(duì)列中拿出，不參加下一次的用戶請求的分配, 直到其恢復(fù)正常豆混。

最快模式（Fastest）：傳遞連接給那些響應(yīng)最快的服務(wù)器篓像。當(dāng)其中某個(gè)服務(wù)器發(fā)生第二到第7 層的故障，BIG-IP 就把其從服務(wù)器隊(duì)列中拿出皿伺，不參加下一次的用戶請求的分配遗淳，直到其恢復(fù)正常。

觀察模式（Observed）：連接數(shù)目和響應(yīng)時(shí)間以這兩項(xiàng)的最佳平衡為依據(jù)為新的請求選擇服務(wù)器心傀。當(dāng)其中某個(gè)服務(wù)器發(fā)生第二到第7 層的故障，BIG-IP就把其從服務(wù)器隊(duì)列中拿出拆讯，不參加下一次的用戶請求的分配脂男，直到其恢復(fù)正常。

預(yù)測模式（Predictive）：BIG-IP利用收集到的服務(wù)器當(dāng)前的性能指標(biāo)种呐，進(jìn)行預(yù)測分析宰翅，選擇一臺(tái)服務(wù)器在下一個(gè)時(shí)間片內(nèi)，其性能將達(dá)到最佳的服務(wù)器相應(yīng)用戶的請求爽室。(被BIG-IP 進(jìn)行檢測)

動(dòng)態(tài)性能分配(Dynamic Ratio-APM)：BIG-IP 收集到的應(yīng)用程序和應(yīng)用服務(wù)器的各項(xiàng)性能參數(shù)汁讼，動(dòng)態(tài)調(diào)整流量分配。

動(dòng)態(tài)服務(wù)器補(bǔ)充(Dynamic Server Act.)：當(dāng)主服務(wù)器群中因故障導(dǎo)致數(shù)量減少時(shí)阔墩，動(dòng)態(tài)地將備份服務(wù)器補(bǔ)充至主服務(wù)器群嘿架。

服務(wù)質(zhì)量(QoS）：按不同的優(yōu)先級(jí)對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行分配。

服務(wù)類型(ToS)：按不同的服務(wù)類型（在Type of Field中標(biāo)識(shí)）負(fù)載均衡對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行分配啸箫。

規(guī)則模式：針對(duì)不同的數(shù)據(jù)流設(shè)置導(dǎo)向規(guī)則耸彪，用戶可自行。

以上忘苛，就是目前實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡的主流算法蝉娜。不同的負(fù)載均衡服務(wù)器會(huì)選擇不同的算法。就像電影院和火車站可能會(huì)選用不同的引導(dǎo)策略一樣扎唾≌俅ǎ火車站可能會(huì)把行李少的旅客分配到一個(gè)專門的入口，可能給即將發(fā)車的旅客分派到特快入口胸遇，手持可掃描車票的用戶單獨(dú)分配到特殊入口等荧呐。?