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高效多用的群集-Haproxy搭建Web集群

一、Haproxy前言

HAProxy是一个使用c语言编写的自由及开放源代码软件，其提供高可用性、负载均衡，以及基于TcP和HrrP的应用程序代理。
HAProxy特别适用于那些负载特大的web站点，这些站点通常又需要会话保持或七层处理。EAPrcxp运行在当前的硬件上，完全可以支持数以万计的并发连接。并且它的运行模式使得它可以很简单安全的整合进您当前的架构中，同时可以保护你的web服务器不被暴露到网络上。
HAProxy实现了一种事件驱动，单一进程模型，此模型支持非常大的并发连接数。多进程或多线程模型受内存限制系统调度器限制以及无处不在的锁限制，很少能处理数千并发连接。事件驱动模型因为在有更好的资源和时间管理的用户空间(User-Space)实现所有这些任务，所以没有这些问题。此模型的弊端是，在多核系统上，这些程序通常扩展性较差。这就是为什么他们必须进行优化以使每个CPU时间片(Cycle)做更多的工作。
包括GitHub、Bitbucket、Stack Overflow、Reddit、Tumblr、Twitter和 Tuenti在内的知名网站，及亚马逊网络服务系统都使用了HAProxy。
 

二、常见的Web集群调度器

  • 目前常见的Web集群调度器分为软件和硬件
    软件通常使用开源的LVS、Haproxy、Nginx
  • LVS性能最好，但是搭建相对复杂；Nginx的upstream模块支持集群功能，但是对集群节点健康检查功能不强，高并发没有Haproxy好
  • 硬件一般使用的比较多的是F5，也有很多人使用梭子鱼、绿盟等国内产品

三、Haproxy应用分析

  • LVS在企业应用中抗负载能力很强，但存在不足
    • LVS不支持正则处理，不能实现动静分离
    • 对于大型网站，LVS的实施配置复杂，维护成功相对较高
  • Haproxy是一款可提供高可用性、负载均衡、及基于TCP和HTTP应用的代理的软件
    • 适用于负载大的Web站点
    • 运行在硬件上可支持数万计的并发连接的连接请求

四、HAProxy的特性

HAProxy是可提供高可用性、负载均衡以及基于TCP和HTTP应用的代理，是免费、快速并且可靠的一种解决方案。HAProxy非常适用于并发天（并发达1w以上）web站点，这些站点通常又需要会话保持或七层处理。HAProxy的运行模式使得它可以很简单安全的整合至当前的架构中，同时可以保护web服务器不被暴露到网络上。

HAProxy的主要特性有：

  • 可靠性和稳定性非常好，可以与硬件级的F5负载均衡设备相媲美；
  • 最高可以同时维护40000-50000个并发连接，单位时间内处理的最大请求数为20000个，最大处理能力可达10Git/s;
  • 支持多达8种负载均衡算法；
  • 支持Session会话保持，Cookie的引导；
  • 支持通过获取指定的url来检测后端服务器的状态；
  • 支持虚机主机功能，从而实现web负载均衡更加灵活；
  • 支持连接拒绝、全透明代理等独特的功能；
  • 拥有强大的ACL支持，用于访问控制；
  • 支持TCP协议的负载均衡转发；（支持7层代理、实现动静分离）
  • 支持客户端的keepalive功能，减少客户端与haproxy的多次三次握手导致资源浪费，让多个请求在一个tcp连接中完成

HAProxy负载均衡策略非常多，常见的有如下8种：

  •   (1）roundrobin，表示简单的轮询
  • （2）static-rr，表示根据权重
  • （3）leastconn，表示最少连接者先处理
  • （4）source，表示根据请求源IP
  • （5）uri，表示根据请求的URI,做cdn需使用;
  • （6）url_param，表示根据请求的URl参数'balance url_param' requires an URL parameter name
  • （7）hdr(name)，表示根据HTTP请求头来锁定每一次HTTP请求;
  • （8）rdp-cookie(name)，表示根据cookie(name)来锁定并哈希每一次TCP请求。

RR（Round Robin）

RR算法是最简单最常用的一种算法，即轮询调度。

  • 有三个节点A、B、C
  • 第一个用户访问会被指派到节点A
  • 第二个用户访问会被指派到节点B
  • 第三个用户访问会被指派到节点C
  • 第四个用户访问继续指派到节点A，轮询分配访问请求实现负载均衡 效果

static-rr

加权轮询，表示根据web服务器的权重来分配前端请求。

为web服务器设置不同权重，哪台服务器配置好，权重就多一点。

类似于Nginx负载局哼算法的ip_hash。

LC（Least Connections

最小连接数算法，根据后端的节点连接数大小动态分配前端请求。

  • 有三个节点A、B、C,各节点的连接数分别为A:4、B:5、C:6
  • 第一个用户连接请求，会被指派到A上，连接数变为A:5、B:5、 C:6
  • 第二个用户请求会继续分配到A上，连接数变为A:6、B:5、 C:6; 再有新的请求会分配给B，每次将新的请求指派给连接数最小的客户端
  • 由于实际情况下A、B、C的连接数会动态释放，很难会出现-样连接数的情况
  • 此算法相比较rr算法有很大改进，是目前用到比较多的一-种算法

SH (Source Hashing)

基于来源访问调度算法，用于一些有Session会话记录在服务器端的场景，可以基于来源的IP、Cookie等做集群调度。

  • 有三个节点A、B、C,第一个用户第一次访问被指派到了A,第二个用户第一次访问被指派到了B。
  • 当第一个用户第二次访问时会被继续指派到A,第二个用户第= _次访问时依旧会被指派到B，只要负载均衡调度器不重启，第-个用户访问都会被指派到A,第二个用户访问都会被指派到B，实现集群的调度。
  • 此调度算法好处是实现会话保持，但某些IP访问量非常大时会引|起负载不均衡，部分节点访问量超大，影响业务使用。

uri

目的地址哈希，表示根据用户请求的URI做hash，做cdn时需要使用。（cdn：内容分发网络 ，边缘网络缓存加速）

url_hash 就是根据虚拟主机名称后面的目录。

url_ param

表示根据请求的URl参数'balance url_ param' requires an URL parameter name

hdr (name)

表示根据HTTP请求头来锁定每一次HTTP请求。

rdp-cookie (name)

表示根据cookie (name)来锁定并哈希每一次TCP请求。

LVS、Nginx、HAproxy的区别：

S基于Linux操作系统内核实现软负载均衡，而HAProxy和Nginx是基于第三方应用实现的软负载均衡；
●LVS是可实现4层的IP负载均衡技术，无法实现基于目录、URL的转发。而HAProxy和Nginx都可以实现4层和7层技术，HAProxy可提供TCP和HTTP应用的负载均衡综合解决方案；
●LVS因为工作在ISO模型的第四层，其状态监测功能单一，而HAProxy在状态监测方面功能更丰富、强大，可支持端口、URL、脚本等多种状态检测方式；
●HAProxy功能强大，单纯从效率上来讲HAProxy会比Nginx有更出色的负载均衡速度，在并发处理上也是优于Nginx的。但整体性能低于4层模式的LVS负载均衡；
●Nginx主要用于Web服务器或缓存服务器。Nginx的upstream模块虽然也支持群集功能，但是对群集节点健康检查功能不强，性能没有Haproxy好。

五、Haproxy搭建 Web 群集

实验所需安装包
haproxy-1.5.19.tar.gz
nginx-1.12.0.tar.gz

环境搭建

主机操作系统IP地址所需软件/安装包/工具
HaproxyCentOS7192.168.10.13haproxy-1.5.19.tar.gz
Nginx1CentOS7192.168.10.14nginx-1.12.0.tar.gz
Nginx2CentOS7192.168.10.15nginx-1.12.0.tar.gz
客户端CentOS7192.168.10.16

1、部署haproxy服务器（192.168.10.13）

1.关闭防火墙，将安装Haproxy所需软件包传到/opt目录下并编译安装

systemctl stop firewalld
setenforce 0

cd /opt
haproxy-1.5.19.tar.gz
yum install -y pcre-devel bzip2-devel gcc gcc-c++ make

tar zxvf haproxy-1.5.19.tar.gz
cd haproxy-1.5.19/
make TARGET=linux2628 ARCH=x86_64
make install

注意：使用uname -r查看内核，如:2.6.18-371.el5，此时该参数用TARGET=linux26;
kernel大于2.6.28的用TARGET=linux2628
ARCH=x86_64；系统位数

Haproxy服务器配置

mkdir /etc/haproxy
cp examples/haproxy.cfg /etc/haproxy/

cd /etc/haproxy/
vim haproxy.cfg
global
  #4~5行–修改，配置日志记录，local0为日志设备，默认存放到系统日志3
  log /dev/log   local0 info		
  log /dev/log   local0 notice
  #log loghost    local0 info
  maxconn 4096   #最大连接数，需考虑ulimit-n限制
  
  #8行–注释，chroot运行路径，为该服务自设置的根目录，一般需将此行注释掉
  #chroot /usr/share/haproxy
  uid 99    #用户UID
  gid 99    #用户GID
  daemon    #守护进程模式

defaults        
  log     global      #定义日志为global配置中的日志定义
  mode    http	      #模式为http
  option  httplog     #采用http日志格式记录日志
  option  dontlognull #不记录健康检查日志信息
  retries 3           #检查节点服务器失败次数，连续达到三次失败，则认为节点不可用
  redispatch				    #当服务器负载很高时，自动结束当前队列处理比较久的连接
  maxconn 2000					#最大连接数
  contimeout      5000			#连接超时时间
  clitimeout      50000			#客户端超时时间
  srvtimeout      50000			#服务器超时时间

#删除下面所有listen项–，添加
listen  webcluster 0.0.0.0:80		
    option httpchk GET /test.html	#检查服务器的test.html文件
    balance roundrobin				#负载均衡调度算法使用轮询算法roundrobin
    server inst1 192.168.10.14:80 check inter 2000 fall 3		#定义在线节点
    server inst2 192.168.10.15:80 check inter 2000 fall 3

#--参数说明----------------
balance roundrobin   #负载均衡调度算法
#轮询算法: roundrobin;最小连接数算法: leastconn;来源访问调度算法: source，类似于nginx的ip_hash

check inter 2000 #表示haproxy服务器和节点之间的一个心跳频率
fall 3   #表示连续三次检测不到心跳频率则认为该节点失效
若节点配置后带有""backup"表示该节点只是个备份节点，只有主节点失效该节点才会上。不携带"backup"，表示为主节点，和其它主节点共同提供服务。

2、编译安装Nginx服务器（192.168.10.14、192.168.10.15）

systemctl stop firewalld
setenforce 0

yum install -y pcre-devel zlib-devel gcc gcc-c++ make 

useradd -M -s /sbin/nologin nginx

cd /opt
tar zxvf nginx-1.12.0.tar.gz -C /opt/

cd nginx-1.12.0/
./configure --prefix=/usr/local/nginx --user=nginx --group=nginx

make && make install

ln -s /usr/local/nginx/sbin/nginx /usr/local/sbin/

nginx      #启动nginx 服务

192.168.10.14

写入网页内容
echo "this is web1！" > /usr/local/nginx/html/test.html

192.168.10.15

写入网页内容
echo "this is web2！" > /usr/local/nginx/html/test.html

3、启动Haproxy服务（192.168.10.13）

cp /opt/haproxy-1.5.19/examples/haproxy.init /etc/init.d/haproxy
cd /etc/init.d/
ls
chmod +x haproxy
chkconfig --add /etc/init.d/haproxy
ln -s /usr/local/sbin/haproxy /usr/sbin/haproxy

service haproxy start	或	/etc/init.d/haproxy start

4、测试

在客户端使用浏览器打开 http://192.168.10.13/test.html ，不断刷新浏览器测试负载均衡效果

 

 

六、日志定义

  • 默认haproxy的日志是输出到系统的syslog中，查看起来不是非常方便，为了更好的管理haproxy的日志，我们在生产环境中一般单独定义出来。需要将haproxy的info及notice日志分别记录到不同的日志文件中。
vim /etc/haproxy/haproxy.cfg
global
	log /dev/log local0 info
	log /dev/log local0 notice

service haproxy restart
  • 需要修改rsyslog配置，为了便于管理。将haproxy相关的配置独立定义到haproxy.conf，并放到/etc/rsyslog.d/下，rsyslog启动时会自动加载此目录下的所有配置文件。
vim /etc/rsyslog.d/haproxy.conf

if ($programname == 'haproxy' and $syslogseverity-text == 'info')
then -/var/log/haproxy/haproxy-info.log
&~
if ($programname == 'haproxy' and $syslogseverity-text == 'notice')
then -/var/log/haproxy/haproxy-notice.log
&~
说明：
这部分配置是将haproxy的info日志记录到/var/log/haproxy/haproxy-info.log下，将notice日志记录到/var/log/haproxy/haproxy-notice.log下。“&~”表示当日志写入到日志文件后，rsyslog停止处理这个信息。

systemctl restart rsyslog.service

tail -f /var/log/haproxy/haproxy-info.log		#查看haproxy的访问请求日志信息

总结

Nginx和LVS和Haproxy有什么区别

  • 1、Nginx
    支持正则
    只支持基于端口的健康检查
    不支持session 的直接保持，但能通过Ip _hash来解决
    对网络稳定性要求不高
    反向代理能力强
    nginx 社区活跃
  • 2、LVS
    只能基于四层端口转发
    在四层做分发作用,抗负载能力强
    应用范围广(几乎可以对所有应用做负载)
  • 3、Haproxy
    支持8种负教均衡策略
    仅做负载均衡软件使用，在高并发情况下性能优于Nginx
    支持URL健康检测、支持session保持

四层与七层负载均衡的主要区别

  • 四层负载均衡器是通过分析IP层及TCP/UDP层的流量实现的基于"IP ＋端口"的负载均衡，主要通过报文的目标地址和端口配合负载均衡算法选择后端真实服务器，确定是否需要对报文进行修改(根据需求，可能会修改目标地址、源地址、MAc地址等）并将数据转发至选出的后端真实服务器。
  • 七层负载均衡器是基于应用层信息（如URI、Cookies等）的负载均衡。主要依据报文的内容配合负载均衡算法选择后端真实服务器，然后再分发请求到真实服务器进行处理，也称"内容交换器"。客户端与负载均衡器、负载均衡器与后端真实服务器之间会分别建立CP连接。

Haproxy高性能负载均衡主要优点

  • Haproxy在负载均衡速度和并发处理上是优于
  • NginxHaproxy支持虚拟主机,可以工作在4、7层
  • 能够补充Nginx的一些缺点，比如session的保持、cookie的引导等工作
  • 支持url检测后端的服务器的状态
  • Haproxy可以对Mysql进行负载均衡，对后端的DB节点进行检测和负载均衡
  • 支持很多负载均衡算法，Round-robin(轮询）、weight-round-robin(加权轮询)、source（原地址保持）、RI（请求URL)、rdp-cookie（根据cookie)