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前言
- 目前常见的 Web 集群调度器分为软件和硬件，软件常使用开源的 LVS、Haproxy、Nginx
- Haproxy 是目前比较流行的一种群集调度工具，同类群集调度工具有很多，比如 LVS 和 Nginx
- 相比较而言，LVS 性能最好，但是搭建相对复杂，Nginx 的 upstream 模块支持群集功能，但是对群集节点的健康检查功能不强，高并发性能没有 Haproxy 好
- 硬件一般使用比较多的是 F5，也有很多人使用国内的一些产品，如梭子鱼、绿盟等，有兴趣的同学可以自行查阅
一、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，维护成本相对较高
- 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以万计的并发连接的连接请求
二、负载均衡常用调度算法
LVS、Haproxy、Nginx 最常用的调度算法有三种，如下所述：
1.轮询（RR）
- RR（Round Robin）算法是最简单最常用的一种算法，即轮询调度
- 例如：有三个节点 A、B、C，第一个用户访问会被指派到节点 A，第二个用户会被指派到节点 B，第三个用户会被指派带节点 C，第四个用户访问继续指派到节点 A，轮询分配访问请求以实现负载均衡效果
- 此算法还有一种加权轮询，即根据每个节点的权重轮询分配访问请求
2.最小连接数（LC）
- LC 算法即最小连接数算法，即根据后端的节点连接数大小动态分配前端请求
- 例如：有三个节点 A、B、C，各节点的连接数分别为 4、5、6，此时如果有第一个用户连接请求，会被指派到 A 上，A 的连接数变成了 4+1=5，现在为 5、5、6
- 有第二个用户请求时，会继续被指派到 A 上，连接数变成了 6、5、6
- 再由新的请求则会指派给 B，连接数变成了 6、6、6，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，很难会出现连接数一样的情况，因此 LC 算法相比较 RR 算法有很大改进，是目前用的比较多的一种算法
3.来源访问（SH）
- SH（Source Hashing）即基于来源访问调度算法，此算法用于一些有 Session 会话记录在服务器端的场景，可以基于来源的 IP、Cookie 等做群集调度
- 例如：使用基于源 IP 的群集调度算法，有三个节点 A、B、C，第一个用户的第一次访问被指派到了 A，第二个用户的第一次访问被指派到了 B
- 当第一个用户的第二次访问时会被继续指派到 A，第二个用户的第二次访问时依旧会被指派的 B
- 只要负载均衡调度器不重启，第一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，以实现集群的调度
- 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
三、搭建步骤
- 使用三台服务器模拟搭建一套 Web 群集，具体的拓扑图如下所示：
1.环境
| 主机 | 操作系统 | IP 地址 | 主要软件 |
|---|---|---|---|
| Haproxy 服务器 | CentOS 7 | 192.168.126.11 | haproxy-1.59.tar.gz |
| Nginx 服务器 1 | CentOS 7 | 192.168.126.12 | nginx-1.12.2.tar |
| Nginx 服务器 2 | CentOS 7 | 192.168.126.13 | nginx-1.12.2.tar |
| 客户端 | Win10 | 192.168.126.10 | Edge 浏览器 |
2.编译安装 Nginx 服务器
- Nginx 软件包传送门：nginx-1.12.2.tar（提取码：qyo0）
- 进一步学习可翻阅我之前的博客，传送门：Nginx 服务–服务基础、访问控制与虚拟主机
- 搭建 Nginx 1（CentOS 7-2）
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0
#关闭防火墙及安全策略
yum -y install pcre-devel zlib-devel gcc gcc-c++ make
#安装响应软件包
useradd -M -s /sbin/nologin nginx
#Nginx服务程序默认以 nobody 身份运行，为其创建专门的用户账号，以便更准确地控制其访问权限
cd /opt
#用 Xshell，把下载好的软件包'拖'至此目录下
tar zxvf nginx-1.12.2.tar.gz
#解压缩
cd nginx-1.12.2/
./configure \
--prefix=/usr/local/nginx \
--user=nginx \
--group=nginx
#配置软件模块
make -j 2 && make install
#编译安装
ln -s /usr/local/nginx/sbin/nginx /usr/local/sbin/
#优化路径，以便系统识别nginx的操作命令
echo "Hello test123" > /usr/local/nginx/html/test.html
#建立测试页面
/usr/local/nginx/sbin/nginx
#以绝对路径启动服务
netstat -natp | grep nginx
#检测
http://192.168.126.12/test.html
#回到 VMware，打开火狐浏览器进行访问测试
- 搭建 Nginx 2（Cent0S 7-3）
- 搭建步骤与 Nginx 1 相同，不同之处在于建立的测试页面
echo "Hello test321" > /usr/local/nginx/html/test.html
http://192.168.126.13/test.html
#回到 VMware，打开火狐浏览器进行访问测试
3.编译安装 Haproxy
软件包传送门：haproxy-1.5.19.tar（提取码：h0yd）
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0
yum install -y pcre-devel bzip2-devel gcc gcc-c++ make
cd /opt
tar zxvf haproxy-1.5.19.tar.gz
cd haproxy-1.5.19/
uname -r
#查看内核，kernel 大于 2.6.2 则使用以下参数
#否则为 TARGET=linux26
make TARGET=linux2628 ARCH=x86_64
#内核版本，系统位数，64位系统
make install
4.Haproxy 服务器配置
- Haproxy 配置文件根据功能和用途通常分为五个部分，即 global、defaults、listen、frontend 和 backend
- 但有些部分不是必需的，可以根据需要进行配置
mkdir /etc/haproxy
cp examples/haproxy.cfg /etc/haproxy/
cd /etc/haproxy/
vim haproxy.cfg
global
#为设定的全局配置部分
#属于进程级别的配置，通常和使用的操作系统配置相关
#4~5行，修改配置全局日志记录，local0为日志设备，默认存放到系统日志
log /dev/log local0 info
log /dev/log local0 notice
#log loghost local0 info
maxconn 4096 #每个 haproxy 进程可以接受的最大连接数，需考虑 ulimit-n 的限制
#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
#为缺省默认配置部分
#这些设置参数属于公共配置，一般会被自动集成到 listen、frontend 和 backend 中
#如果没有在这几部分特别声明，将按照配置参数设置
log global #缺省日志配置，定义日志为global配置中的日志记录定义
mode http #设置 Haproxy 默认运行模式，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
#删除下面所有的listen项，添加
listen webcluster 0.0.0.0:80
#定义一个名为 webcluster 的 Haproxy 监控页面，监听端口为 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 192.168.80.100:80 check inter 2000 fall 3
#定义在线节点
server inst2 192.168.80.101:80 check inter 2000 fall 3
补充：
- 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
5.添加并开启 haproxy 系统服务
cp /opt/haproxy-1.5.19/examples/haproxy.init /etc/init.d/haproxy
cd /etc/init.d
chmod +x haproxy
#赋权
chkconfig --add /etc/init.d/haproxy
#增加该服务，让chkconfig指令得以管理它，并同时在系统启动的叙述文件内增加相关数据
ln -s /usr/local/sbin/haproxy /usr/sbin/haproxy
#优化路径，把 haproxy 放入系统命令路径以识别
service haproxy start
或
/etc/init.d/haproxy start
#开启服务
6.测试 Web 群集
- 通过以上步骤，已经搭建完成了 Haproxy 的 Web 群集，接下来需要验证群集是否工作正常
- 一个群集一般需要具备两个特征，第一个是高性能，第二个是高可用
6.1 测试高性能
- 在客户端使用浏览器打开 http://192.168.126.11/test.html
- 刷新浏览器页面，用以测试负载均衡效果
- 可以看到负载均衡已经生效，满足了群集的高性能需求
6.2 测试高可用性
- 现将停止 Nginx 1 的服务，用于模拟故障
- 再客户端使用浏览器打开 http://192.168.126.11/test.html
- 可以看到仍然可以访问 另一台 Nginx 节点服务器的页面，即当一台节点出现故障，并不会影响群集的使用，这样就满足了高可用性
- 也可以恢复 节点1 的 Nginx，再停止 节点2 的 Nginx 服务，用以测试高可用性
四、Haproxy 的日志
- 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
1.修改 Haproxy 配置文件中关于日志配置的选项
- 加入以下配置（之前配置时已经更改过，现在是有的，这里了解参考下）
- 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
#重启生效
2.修改 rsyslog 配置
- 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
&~
- 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
#重启完后，再用客户端重新访问页面，然后就可以看到由日志文件生成了
cd /var/log/
cd /var/log/haproxy/
ls
cat haproxy-info.log
#查看新生成的日志文件的内容
五、Haproxy 的参数优化
- 关于 Haproxy 的参数优化，以下列举了几个关键的参数，并对各参数在生产环境的优化建议做了说明
- 如下表所示：
| 参数 | 参数说明 | 优化建议 |
|---|---|---|
| maxconn | 最大连接数 | 此参数根据应用的实际使用情况进行调整，推荐使用 10 240 |
| daemon | 守护进程模式 | Haproxy 可以使用非守护进程模式启动，生产环境建议使用守护进程模式启动 |
| nbproc | 负载均衡的并发进程数 | 建议与当前服务器 CPU 核数相等或为其 2 倍 |
| retries | 重试次数 | 此参数主要用于对群集节点的检查，如果节点多且并发量大，设置为 2 次或 3 次；而在服务器节点不多的情况下，可以设置为 5 次或 6 次 |
| option http-server-close | 主动关闭 http 请求选项 | 建议在生产环境中使用此选项，避免由于 timeout 时间设置过长导致 http 连接堆积 |
| timeout http-keep-alive | 长连接超时时间 | 此选项设置长时间连接超时时间，具体可参考应用自身特点设置，可以设置为 10s |
| timeout http-request | http 请求超时时间 | 建议将此事件设置为 5~10s，增加 http 连接释放速度 |
| timeout client | 客户端超时时间 | 如果访问量过大，节点响应慢，可以将此事件设置短一些，建议设置为 1min 左右就可以了 |