LVS、NGINX、HAPROXY的调度算法

目录

[一、LVS(Linux Virtual Server)调度算法](#一、LVS(Linux Virtual Server)调度算法)

(一)静态调度算法

(二)动态调度算法

二、NGINX调度算法

(一)内置调度算法

(二)第三方模块支持的调度算法

三、HAProxy调度算法

(一)基本调度算法

(二)哈希调度算法

(三)动态调度算法

(四)高级特性

四、三者调度算法对比总结


一、LVS(Linux Virtual Server)调度算法

(一)静态调度算法
  1. 轮询(Round Robin, RR)
  • 工作原理:按顺序依次将请求分配到不同的后端服务器,不考虑服务器的负载和性能差异。
  • 特点:实现简单,适用于服务器性能相近的场景。
  • 适用场景:服务器配置相同且负载均衡要求不高的情况。
  1. 加权轮询(Weighted Round Robin, WRR)
  • 工作原理:为每个后端服务器设置权重,权重越高的服务器接收的请求越多,按权重比例依次分配请求。
  • 特点:可根据服务器性能分配请求,性能好的服务器承担更多负载。
  • 适用场景:后端服务器性能存在差异的场景。
  1. 源地址哈希(Source Hashing, SH)
  • 工作原理:根据客户端的源IP地址进行哈希计算,将相同源IP的请求分配到同一台后端服务器,实现会话保持。
  • 特点:无需额外的会话存储,基于IP实现会话保持。
  • 适用场景:需要会话保持且对服务器亲和性要求不高的场景。
  1. 目标地址哈希(Destination Hashing, DH)
  • 工作原理:根据目标IP地址进行哈希计算,将对同一目标IP的请求分配到同一台后端服务器,常用于缓存场景。
  • 特点:可提高缓存命中率。
  • 适用场景:后端存在缓存服务器的场景。
(二)动态调度算法
  1. 最少连接(Least Connections, LC)
  • 工作原理:将请求分配给当前连接数最少的后端服务器,认为连接数少的服务器负载较轻。
  • 特点:动态感知服务器负载,更合理地分配请求。
  • 适用场景:长连接业务较多的场景。
  1. 加权最少连接(Weighted Least Connections, WLC)
  • 工作原理:在最少连接的基础上,结合服务器权重,权重高的服务器在连接数相同时优先接收请求。
  • 特点:兼顾服务器负载和性能差异。
  • 适用场景:后端服务器性能不同且存在长连接业务的场景。
  1. 动态反馈(Dynamic Feedback, DF)
  • 工作原理:根据后端服务器的实时负载(如CPU利用率、内存使用等)动态调整调度策略。
  • 特点:能更精准地反映服务器实际负载情况。
  • 适用场景:对服务器负载监控要求较高的复杂场景。

二、NGINX调度算法

(一)内置调度算法
  1. 轮询(Round Robin)
  • 工作原理:与LVS的轮询类似,按顺序依次分配请求到后端服务器。
  • 特点:默认调度算法,实现简单。
  • 适用场景:服务器性能一致的简单场景。
  1. 加权轮询(Weighted Round Robin)
  • 工作原理:通过weight参数为后端服务器设置权重,按权重比例分配请求。
  • 特点:可根据服务器性能调整负载分配。
  • 适用场景:服务器性能不同的场景。
  1. IP哈希(IP Hashing)
  • 工作原理:根据客户端IP地址进行哈希计算,将相同IP的请求分配到同一服务器,实现会话保持。
  • 特点:基于IP实现会话保持,无需额外存储。
  • 适用场景:需要会话保持的场景。
  1. 最少连接(Least Connections)
  • 工作原理:将请求分配给当前活跃连接数最少的后端服务器。
  • 特点:动态感知服务器连接负载。
  • 适用场景:长连接业务场景。
(二)第三方模块支持的调度算法
  1. fair
  • 工作原理:根据后端服务器的响应时间来分配请求,响应时间短的服务器优先接收请求。
  • 特点:能更好地反映服务器的处理能力。
  • 适用场景:对响应时间敏感的业务场景,需安装upstream_fair模块。
  1. url_hash
  • 工作原理:根据请求的URL进行哈希计算,将相同URL的请求分配到同一服务器,常用于缓存。
  • 特点:提高缓存命中率。
  • 适用场景:存在缓存需求的场景,需安装ngx_http_upstream_url_hash模块。

三、HAProxy调度算法

(一)基本调度算法
  1. 轮询(Round Robin, rr)
  • 工作原理:按顺序循环分配请求到后端服务器,支持权重。
  • 特点:简单高效,支持权重调整。
  • 适用场景:服务器性能相近的场景。
  1. 加权轮询(Weighted Round Robin, wrr)
  • 工作原理:根据服务器权重按比例分配请求,权重可动态调整。
  • 特点:灵活处理服务器性能差异。
  • 适用场景:服务器性能不同的场景。
  1. 最少连接(Least Connections, lc)
  • 工作原理:将请求分配给连接数最少的服务器,支持权重。
  • 特点:动态适应服务器负载。
  • 适用场景:长连接业务场景。
  1. 加权最少连接(Weighted Least Connections, wlc)
  • 工作原理:结合服务器权重和连接数分配请求,权重高且连接数少的服务器优先。
  • 特点:兼顾权重和负载。
  • 适用场景:服务器性能不同且长连接业务较多的场景。
(二)哈希调度算法
  1. 源地址哈希(source)
  • 工作原理:根据客户端源IP哈希,实现会话保持。
  • 特点:基于IP的会话保持。
  • 适用场景:需要会话保持的场景。
  1. 目标地址哈希(destination)
  • 工作原理:根据目标IP哈希,用于服务端负载均衡。
  • 特点:适用于后端多集群场景。
  • 适用场景:后端存在多个服务集群的场景。
  1. URI哈希(uri)
  • 工作原理:根据请求的URI哈希,将相同URI的请求分配到同一服务器。
  • 特点:适用于缓存场景。
  • 适用场景:需要根据URI进行缓存的场景。
  1. URL参数哈希(url_param)
  • 工作原理:根据URL中的参数(如会话ID)哈希,实现会话保持。
  • 特点:可基于特定参数实现更精准的会话保持。
  • 适用场景:需要基于URL参数进行会话保持的场景。
(三)动态调度算法
  1. least load
  • 工作原理:根据服务器的负载指标(如连接数、响应时间等)选择负载最小的服务器。
  • 特点:动态感知服务器实际负载。
  • 适用场景:对服务器负载敏感的复杂场景。
  1. first
  • 工作原理:按服务器列表顺序分配请求,直到服务器故障则切换到下一个。
  • 特点:简单直接,优先使用第一个可用服务器。
  • 适用场景:对调度策略要求不高的场景。
(四)高级特性
  1. 快慢启动(slow start)
  • 工作原理:新加入的服务器初始权重较低,随着运行逐渐增加权重,避免突然承担过多负载。
  • 特点:保护新服务器,平滑负载引入。
  • 适用场景:服务器动态添加或重启的场景。
  1. 动态权重调整
  • 工作原理:根据服务器的健康状态和响应时间动态调整权重。
  • 特点:实时适应服务器状态变化。
  • 适用场景:对服务器状态监控要求高的场景。

四、三者调度算法对比总结

|---------|------------|------------------|----------------------|
| 维度 | LVS | NGINX | HAProxy |
| 层次 | 四层(网络层) | 四层/七层(应用层) | 四层/七层 |
| 性能 | 最高,内核级 | 较高 | 高,支持四层和七层 |
| 调度算法丰富度 | 中等,侧重基础算法 | 中等,部分算法需第三方模块 | 最丰富,支持多种高级算法 |
| 会话保持 | 源地址哈希等 | IP哈希等 | 多种哈希算法,支持参数哈希 |
| 动态负载感知 | 支持动态反馈等 | 支持最少连接、fair(需模块) | 支持least load、动态权重调整等 |
| 适用场景 | 高并发、四层负载均衡 | 七层应用负载均衡,如Web服务 | 复杂场景,同时支持四层和七层,功能全面 |

通过对LVS、NGINX和HAProxy调度算法的整理,可根据具体业务需求选择合适的负载均衡工具及调度策略,以实现高效的请求分发和服务器资源利用。

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