Nginx/LVS/HAProxy负载均衡
负载均衡介绍
服务器负载均衡有三大基本Feature：负载均衡算法，健康检查和会话保持，这三个Feature是保证负载均衡正常工作的基本要素。
负载均衡设备的实现原理是把多台服务器的地址映射成一个对外的服务IP（我们通常称之为VIP，关于服务器的映射可以直接将服务器IP映射成VIP地址，也可以将服务器IP:Port映射成VIP:Port，不同的映射方式会采取相应的健康检查,在端口映射时，服务器端口与VIP端口可以不相同）,这个过程对用户端是透明的，用户实际上不知道服务器是做了负载均衡的，因为他们访问的还是一个目的IP,那么用户的访问到达负载均衡设备后，如何把用户的访问分发到合适的服务器就是负载均衡设备要做的工作了
Nginx介绍
Nginx是一款轻量级的Web 服务器/反向代理服务器及电子邮件（IMAP/POP3）代理服务器，并在一个BSD-like 协议下发行。由俄罗斯的程序设计师Igor Sysoev所开发，供俄国大型的入口网站及搜索引擎Rambler（俄文：Рамблер）使用。其特点是占有内存少，并发能力强，事实上nginx的并发能力确实在同类型的网页服务器中表现较好，中国大陆使用nginx网站用户有：百度、京东、新浪、网易、腾讯、淘宝等
Nginx的优点是
1、工作在网络的7层之上，可以针对http应用做一些分流的策略，比如针对域名、目录结构，它的正则规则比HAProxy更为强大和灵活，这也是它目前广泛流行的主要原因之一，Nginx单凭这点可利用的场合就远多于LVS了。
2、Nginx对网络稳定性的依赖非常小，理论上能ping通就就能进行负载功能，这个也是它的优势之一；相反LVS对网络稳定性依赖比较大；
3、Nginx安装和配置比较简单，测试起来比较方便，它基本能把错误用日志打印出来。LVS的配置、测试就要花比较长的时间了，LVS对网络依赖比较大。
3、可以承担高负载压力且稳定，在硬件不差的情况下一般能支撑几万次的并发量，负载度比LVS相对小些。
4、Nginx可以通过端口检测到服务器内部的故障，比如根据服务器处理网页返回的状态码、超时等等，并且会把返回错误的请求重新提交到另一个节点，不过其中缺点就是不支持url来检测。比如用户正在上传一个文件，而处理该上传的节点刚好在上传过程中出现故障，Nginx会把上传切到另一台服务器重新处理，而LVS就直接断掉了，如果是上传一个很大的文件或者很重要的文件的话，用户可能会因此而不满。
5、Nginx不仅仅是一款优秀的负载均衡器/反向代理软件，它同时也是功能强大的Web应用服务器。LNMP也是近几年非常流行的web架构，在高流量的环境中稳定性也很好。
6、Nginx现在作为Web反向加速缓存越来越成熟了，速度比传统的Squid服务器更快，可以考虑用其作为反向代理加速器。
7、Nginx可作为中层反向代理使用，这一层面Nginx基本上无对手，唯一可以对比Nginx的就只有lighttpd了，不过lighttpd目前还没有做到Nginx完全的功能，配置也不那么清晰易读，社区资料也远远没Nginx活跃。
8、Nginx也可作为静态网页和图片服务器，这方面的性能也无对手。还有Nginx社区非常活跃，第三方模块也很多。
淘宝的前端使用的Tengine就是基于nginx做的二次开发定制版。
Nginx的缺点是
1、Nginx仅能支持http、https和Email协议，这样就在适用范围上面小些，这个是它的缺点。
2、对后端服务器的健康检查，只支持通过端口来检测，不支持通过url来检测。不支持Session的直接保持，但能通过ip_hash来解决。
淘宝技术团队开发了一个Tengine(Nginx的分支）模块nginx_upstream_check_moodule,
LVS介绍
LVS是Linux Virtual Server的简写，意即Linux虚拟服务器，是一个虚拟的服务器集群系统。本项目在1998年5月由章文嵩博士成立，是中国国内最早出现的自由软件项目之一。
LVS集群负载均衡器接受服务的所有入站客户端计算机请求，并根据调度算法决定哪个集群节点应该处理回复请求。负载均衡器（简称LB）有时也被称为Lvs Director（简称Director）。
LVS虚拟服务器的体系结构：一组服务器通过高速的局域网或者地理分布的广域网相互连接，在它们的前端有一个负载调度器（Load Balancer）。负载调度器能无缝地将网络请求调度到真实服务器上，从而使得服务器集群的结构对客户是透明的，客户访问集群系统提供的网络服务就像访问一台高性能、高可用的服务器一样。客户程序不受服务器集群的影响不需作任何修改。系统的伸缩性通过在服务集群中透明地加入和删除一个节点来达到，通过检测节点或服务进程故障和正确地重置系统达到高可用性。由于我们的负载调度技术是在Linux内核中实现的，我们称之为Linux虚拟服务器（Linux Virtual Server）。
LVS的优点
1、抗负载能力强、是工作在网络4层之上仅作分发之用，没有流量的产生，这个特点也决定了它在负载均衡软件里的性能最强的，对内存和cpu资源消耗比较低。
2、配置性比较低，这是一个缺点也是一个优点，因为没有可太多配置的东西，所以并不需要太多接触，大大减少了人为出错的几率。
3、工作稳定，因为其本身抗负载能力很强，自身有完整的双机热备方案，如LVS+Keepalived，不过我们在项目实施中用得最多的还是LVS/DR+Keepalived。
4、无流量，LVS只分发请求，而流量并不从它本身出去，这点保证了均衡器IO的性能不会收到大流量的影响。
5、应用范围比较广，因为LVS工作在4层，所以它几乎可以对所有应用做负载均衡，包括http、数据库、在线聊天室等等。
LVS的缺点
1、软件本身不支持正则表达式处理，不能做动静分离；而现在许多网站在这方面都有较强的需求，这个是Nginx/HAProxy+Keepalived的优势所在。
2、如果是网站应用比较庞大的话，LVS/DR+Keepalived实施起来就比较复杂了，特别后面有Windows Server的机器的话，如果实施及配置还有维护过程就比较复杂了，相对而言，Nginx/HAProxy+Keepalived就简单多了。
Haproxy介绍
Haproxy是一个开源的、高性能的基干TCP和HTTP应用代理的高可用的、负载均衡服务软件，它支持双机热备、高可用、负载均衡、虚拟主机、基于TCP和HTTP的应用代理、图形界面查看信息等功能。其配置简单、维护力便，而且拥有很好的对服务器节点的健康检查功能（扩当于keepalived健康检查），当其代理的后端服务器出现故障时，Haproxy会自动的将该故障服务器摘除，当故障的服务器恢复后，Haproxy还会自功将该服务器自动加入进来提供服务。
HAProxy的特点
1、HAProxy也是支持虚拟主机的。
2、HAProxy的优点能够补充Nginx的一些缺点，比如支持Session的保持，Cookie的引导；同时支持通过获取指定的url来检测后端服务器的状态。
3、HAProxy跟LVS类似，本身就只是一款负载均衡软件；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。
4、HAProxy支持TCP协议的负载均衡转发，可以对MySQL读进行负载均衡，对后端的MySQL节点进行检测和负载均衡，大家可以用LVS+Keepalived对MySQL主从做负载均衡。
和LVS与Nginx相比
Haproxy特别适用于那些高负载、访问量很大，但又需要会话保持及七层应用代理的业务应用。Haproxy运行在今天为普通的服务器硬件上，几乎不需要进行任何配优化就可以支持数以万计的并发连接。井且它的运行模式使得它可以很简单、轻松、安全的整合到各种已有的网站架构中，同时，Haproxy的代理模式，可以使得所有应用服务器不会暴露到公共网络上，即后面的节点服务器不需要公网IP地址。
从1.3版本起，Haproxy软件引入了frontend，backend的功能，frontend (acl规则匹配）可以让运维管理入员根据任意HTTP请求头内容做规则匹配，然后把请求定向到相关的backend〔这个是事先定义好的多个server pools，等待前端把请求转过来的服务器组〕。通过frontend和backend，我们可以很容易的实现haproxy的各种7层应用代理功能。
Nginx和LVS对比的总结：
1. Nginx工作在网络的7层，所以它可以针对http应用本身来做分流策略，比如针对域名、目录结构等，相比之下LVS并不具备这样的功能，所以Nginx单凭这点可利用的场合就远多于LVS了；但Nginx有用的这些功能使其可调整度要高于LVS，所以经常要去触碰触碰，触碰多了，人为出问题的几率也就会大。
2. Nginx对网络稳定性的依赖较小，理论上只要ping得通，网页访问正常，Nginx就能连得通，这是Nginx的一大优势！Nginx同时还能区分内外网，如果是同时拥有内外网的节点，就相当于单机拥有了备份线路；LVS就比较依赖于网络环境，目前来看服务器在同一网段内并且LVS使用direct方式分流，效果较能得到保证。另外注意，LVS需要向托管商至少申请多一个ip来做Visual IP，貌似是不能用本身的IP来做VIP的。要做好LVS管理员，确实得跟进学习很多有关网络通信方面的知识，就不再是一个HTTP那么简单了。
3. Nginx安装和配置比较简单，测试起来也很方便，因为它基本能把错误用日志打印出来。LVS的安装和配置、测试就要花比较长的时间了；LVS对网络依赖比较大，很多时候不能配置成功都是因为网络问题而不是配置问题，出了问题要解决也相应的会麻烦得多。
4. Nginx也同样能承受很高负载且稳定，但负载度和稳定度差LVS还有几个等级：Nginx处理所有流量所以受限于机器IO和配置；本身的bug也还是难以避免的。
5. Nginx可以检测到服务器内部的故障，比如根据服务器处理网页返回的状态码、超时等等，并且会把返回错误的请求重新提交到另一个节点。目前LVS中 ldirectd也能支持针对服务器内部的情况来监控，但LVS的原理使其不能重发请求。比如用户正在上传一个文件，而处理该上传的节点刚好在上传过程中出现故障，Nginx会把上传切到另一台服务器重新处理，而LVS就直接断掉了，如果是上传一个很大的文件或者很重要的文件的话，用户可能会因此而恼火。
6. Nginx对请求的异步处理可以帮助节点服务器减轻负载，假如使用 apache直接对外服务，那么出现很多的窄带链接时apache服务器将会占用大 量内存而不能释放，使用多一个Nginx做apache代理的话，这些窄带链接会被Nginx挡住，apache上就不会堆积过多的请求，这样就减少了相当多的资源占用。这点使用squid也有相同的作用，即使squid本身配置为不缓存，对apache还是有很大帮助的。
7. Nginx能支持http、https和email（email的功能比较少用），LVS所支持的应用在这点上会比Nginx更多。在使用上，一般最前端所采取的策略应是LVS，也就是DNS的指向应为LVS均衡器，LVS的优点令它非常适合做这个任务。重要的ip地址，最好交由LVS托管，比如数据库的 ip、webservice服务器的ip等等，这些ip地址随着时间推移，使用面会越来越大，如果更换ip则故障会接踵而至。所以将这些重要ip交给 LVS托管是最为稳妥的，这样做的唯一缺点是需要的VIP数量会比较多。Nginx可作为LVS节点机器使用，一是可以利用Nginx的功能，二是可以利用Nginx的性能。当然这一层面也可以直接使用squid，squid的功能方面就比Nginx弱不少了，性能上也有所逊色于Nginx。Nginx也可作为中层代理使用，这一层面Nginx基本上无对手，唯一可以撼动Nginx的就只有lighttpd了，不过lighttpd目前还没有能做到 Nginx完全的功能，配置也不那么清晰易读。另外，中层代理的IP也是重要的，所以中层代理也拥有一个VIP和LVS是最完美的方案了。具体的应用还得具体分析，如果是比较小的网站（日PV小于1000万），用Nginx就完全可以了，如果机器也不少，可以用DNS轮询，LVS所耗费的机器还是比较多的；大型网站或者重要的服务，机器不发愁的时候，要多多考虑利用LVS。
现在对网络负载均衡的使用是随着网站规模的提升根据不同的阶段来使用不同的技术：
第一阶段：利用Nginx或HAProxy进行单点的负载均衡，这一阶段服务器规模刚脱离开单服务器、单数据库的模式，需要一定的负载均衡，但是仍然规模较小没有专业的维护团队来进行维护，也没有需要进行大规模的网站部署。这样利用Nginx或HAproxy就是第一选择，此时这些东西上手快， 配置容易，在七层之上利用HTTP协议就可以。这时是第一选择。
第二阶段：随着网络服务进一步扩大，这时单点的Nginx已经不能满足，这时使用LVS或者商用Array就是首要选择，Nginx此时就作为LVS或者Array的节点来使用，具体LVS或Array的是选择是根据公司规模和预算来选择，Array的应用交付功能非常强大，本人在某项目中使用过，性价比也远高于F5，商用首选，但是一般来说这阶段相关人才跟不上业务的提升，所以购买商业负载均衡已经成为了必经之路。
第三阶段：这时网络服务已经成为主流产品，此时随着公司知名度也进一步扩展，相关人才的能力以及数量也随之提升，这时无论从开发适合自身产品的定制，以及降低成本来讲开源的LVS，已经成为首选，这时LVS会成为主流。
最终形成比较理想的基本架构为：Array/LVS---Nginx/Haproxy---Squid/Varnish --- AppServer。
Mysql主从复制和读写分离方案分析
- Mysql读写分离的实现思路
目前较为常见的mysql读写分离分为两种：
1.基于程序代码内部实现：在代码中对select操作分发到从库；其它操作由主库执行；这类方法也是目前生产环境应用最广泛，知名的如DISCUZ X2。优点是性能较好，因为在程序代码中实现，不需要增加额外的设备作为硬件开支。缺点是需要开发人员来实现，运维人员无从下手。
2.基于中间代理层实现：我们都知道代理一般是位于客户端和服务器之间，代理服务器接到客户端请求后通过判断然后转发到后端数据库。在这有两个代表性程序:
amoeba：由陈思儒开发，作者曾就职于阿里巴巴，现就职于盛大。该程序由java语言进行开发，目前只听说阿里巴巴将其用于生产环境。另外，此项目严重缺少维护和推广（作者有个官方博客，很多用户反馈的问题发现作者不理睬）
mysql-proxy：mysql-proxy为mysql开源项目，通过其自带的lua脚本进行sql判断，虽然是mysql官方产品，但是mysql官方并不建议将mysql-proxy用到生产环境。
经过上述简单的比较，通过程序代码实现mysql读写分离自然是一个不错的选择。但是并不是所有的应用都适合在程序代码中实现读写分离，像大型SNS、B2C这类应用可以在代码中实现，因为这样对程序代码本身改动较小；像一些大型复杂的java应用，这种类型的应用在代码中实现对代码改动就较大了。所以，像这种应用一般就会考虑使用代理层来实现
综合上述分析，考虑到需要与应用层解耦，现采用中间件解决方案，使用Amoeba做SQL路由，实现数据库读写分离。
amoeba概述
Amoeba是一个以MySQL为底层数据存储，并对应用提供MySQL协议接口的proxy。它集中地响应应用的请求，依据用户事先设置的规则，将SQL请求发送到特定的数据库上执行。基于此可以实现负载均衡、读写分离、高可用性等需求。与MySQL官方的MySQL Proxy相比，作者强调的是amoeba配置的方便（基于XML的配置文件，用SQLJEP语法书写规则，比基于lua脚本的MySQL Proxy简单）。
Amoeba相当于一个SQL请求的路由器，目的是为负载均衡、读写分离、高可用性提供机制，而不是完全实现它们。用户需要结合使用MySQL的 Replication等机制来实现副本同步等功能。amoeba对底层数据库连接管理和路由实现也采用了可插拨的机制，第三方可以开发更高级的策略类来替代作者的实现。这个程序总体上比较符合KISS原则的思想。
amoeba优势
Amoeba主要解决以下问题：
a). 数据切分后复杂数据源整合
b). 提供数据切分规则并降低数据切分规则给数据库带来的影响
c). 降低数据库与客户端连接
d). 读写分离路由
amoeba缺点
a)、目前还不支持事务
b)、暂时不支持存储过程（近期会支持）
c)、不适合从amoeba导数据的场景或者对大数据量查询的query并不合适（比如一次请求返回10w以上甚至更多数据的场合）
d)、暂时不支持分库分表，amoeba目前只做到分数据库实例，每个被切分的节点需要保持库表结构一致：
MySQL Proxy介绍
MySQL Proxy是一个处于你的client端和MySQL server端之间的简单程序，它可以监测、分析或改变它们的通信。它使用灵活，没有限制，常见的用途包括：负载平衡，故障、查询分析，查询过滤和修改等等。
MySQL Proxy就是这么一个中间层代理，简单的说，MySQL Proxy就是一个连接池，负责将前台应用的连接请求转发给后台的数据库，并且通过使用lua脚本，可以实现复杂的连接控制和过滤，从而实现读写分离和负载平衡。对于应用来说，MySQL Proxy是完全透明的，应用则只需要连接到MySQL Proxy的监听端口即可。当然，这样proxy机器可能成为单点失效，但完全可以使用多个proxy机器做为冗余，在应用服务器的连接池配置中配置到多个proxy的连接参数即可。
MySQL Proxy更强大的一项功能是实现“读写分离”，基本原理是让主数据库处理事务性查询，让从库处理SELECT查询。数据库复制被用来把事务性查询导致的变更同步到集群中的从库
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