Comparative analysis of lvs, haproxy, and nginx load balancing

Xiao D took a detailed look at several software for software load balancing . In terms of performance and stability, LVS is still the best, basically reaching 60% of the performance of F5 hardware devices, and the other 10% are a bit difficult.

     However, because LVS is too old, the configuration is the most troublesome, and the health check needs to be configured with Ldirector. Other HAPROXY and NGINX can be used by themselves, and the configuration is super simple.

 

 

 

     So Xiao D suggested that if the website traffic is not at the portal level, it is OK to use HAPROXY or NGINX, and at the portal level, use LVS+Idirector haha

    Both lvs and nginx can be used as multi-machine load solutions. They have their own advantages and disadvantages. In the production environment, you need to analyze the actual situation and make use of them.

First of all, I remind you that when it comes to technology, you must not copy what others say, and what I say is what you say; at the same time, you should not be too conservative, believe in the old way too much, and wait for others to help you do the test. It is a good habit to study all the good things that you hear immediately, so as to improve your knowledge and level of technology.

Let's analyze the two:

1. Advantages of lvs:

1. Strong anti-load capability, because the logic of lvs' working mode is very simple, and it works at the 4th layer of the network only for request distribution, without traffic, so it is efficient in efficiency. Basically you don't need to think too much about it. In the lvs in my hand, there was only one problem: the balancer lost packets within a short period of time with the highest concurrency. According to the analysis, it was a network problem, that is, the carrying capacity of the network card or linux2.4 kernel has reached the upper limit, and the memory  There is basically no consumption in terms of cpu .

2. Low configurability, which is usually a major disadvantage, but also a major advantage, because there are not many configurable options, so in addition to increasing or decreasing the server, it is not necessary to touch it frequently, which greatly reduces human error. probability.

3. The work is stable. Because of its strong anti-load ability, it is logical to have high stability. In addition, various lvs have a complete dual-machine hot backup solution, so there is no need to worry about the balancer itself. The problem is that the node fails. If it is, lvs will automatically judge, so the system as a whole is very stable.

4. No traffic, as mentioned above. lvs only distributes requests, and the traffic does not go out from itself, so it can be used to do some line shunting. No traffic also keeps the balancer's IO performance from being affected by heavy traffic.

5. It can basically support all applications, because lvs works at layer 4, so it can do load balancing for almost all applications, including http, database, chat room, etc.

In addition: lvs is not completely able to identify node failures. For example, in the wlc allocation mode, the cluster里有一个节点没有配置VIP,会使整个集群不能使用,这时使用wrr分配方式则会丢掉一台机。目前这个问题还在进一步测试中。所以,用lvs也得多多当心为妙。

二、nginx和lvs作对比的结果

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,由lvs的第2条优点 看,触碰多了,人为出问题的几率也就会大。

2、nginx对网络的依赖较小,理论上只要ping得通,网页访问正常,nginx就能连得通,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,因为同上所述,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;nginx没有现成的双机热备方案,所以跑在单机上还是风险较大,单机上的事情全都很难说。

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。重发请求这点,譬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 当多的内存占用。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。lvs没有这些功能,也就无法能 比较。

7、nginx能支持http和email(email的功能估计比较少人用),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。

nginx也可作为网页静态服务器,不过超出了本文讨论的范畴,简单提一下。

具体的应用还得具体分析,如果是比较小的网站(日PV<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。

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Nginx的优点:
性能好,可以负载超过1万的并发。
功能多,除了负载均衡,还能作Web服务器,而且可以通过Geo模块来实现流量分配。
社区活跃,第三方补丁和模块很多
支持gzip proxy
缺点:
不支持session保持。
对后端realserver的健康检查功能效果不好。而且只支持通过端口来检测,不支持通过url来检测。
nginx对big request header的支持不是很好,如果client_header_buffer_size设置的比较小,就会返回400bad request页面。
Haproxy的优点:
它的优点正好可以补充nginx的缺点。支持session保持,同时支持通过获取指定的url来检测后端服务器的状态。
支持tcp模式的负载均衡。比如可以给MySQL的从服务器集群和邮件服务器做负载均衡。
缺点:
不支持虚拟主机(这个很傻啊)
目前没有nagios和cacti的性能监控模板
LVS的优点:
性能好,接近硬件设备的网络吞吐和连接负载能力。
LVS的DR模式,支持通过广域网进行负载均衡。这个其他任何负载均衡软件目前都不具备。
缺点:
比较重型。另外社区不如nginx活跃。

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现在网络中常见的的负载均衡主要分为两种:一种是通过硬件来进行进行,常见的硬件有比较昂贵的NetScaler、F5、Radware和Array等商用的负载均衡器,也有类似于LVS、Nginx、HAproxy的基于Linux的开源的负载均衡策略,

商用负载均衡里面NetScaler从效果上比F5的效率上更高。对于负载均衡器来说,不过商用负载均衡由于可以建立在四~七层协议之上,因此适用 面更广所以有其不可替代性,他的优点就是有专业的维护团队来对这些服务进行维护、缺点就是花销太大,所以对于规模较小的网络服务来说暂时还没有需要使用。

另一种负载均衡的方式是通过软件:比较常见的有LVS、Nginx、HAproxy等,其中LVS是建立在四层协议上面的,而另外Nginx和HAproxy是建立在七层协议之上的,下面分别介绍关于

LVS:使用集群技术和Linux操作系统实现一个高性能、高可用的服务器,它具有很好的可伸缩性(Scalability)、可靠性(Reliability)和可管理性(Manageability)。

LVS的特点是:

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;

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,自身有完整的双机热备方案;

4、无流量,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,可以对所有应用做负载均衡;

6、LVS需要向IDC多申请一个IP来做Visual IP,因此需要一定的网络知识,所以对操作人的要求比较高。

Nginx的特点是:

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;

2、Nginx对网络的依赖比较小;

3、Nginx安装和配置比较简单,测试起来比较方便;

4、也可以承担高的负载压力且稳定,一般能支撑超过1万次的并发;

5、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;

6、Nginx对请求的异步处理可以帮助节点服务器减轻负载;

7、Nginx能支持http和Email,这样就在适用范围上面小很多;

8、不支持Session的保持、对Big request header的支持不是很好,另外默认的只有Round-robin和IP-hash两种负载均衡算法。

HAProxy的特点是:

1、HAProxy是工作在网络7层之上。

2、能够补充Nginx的一些缺点比如Session的保持,Cookie的引导等工作

3、支持url检测后端的服务器出问题的检测会有很好的帮助。

4、更多的负载均衡策略比如:动态加权轮循(Dynamic Round Robin),加权源地址哈希(Weighted Source Hash),加权URL哈希和加权参数哈希(Weighted Parameter Hash)已经实现

5、单纯从效率上来讲HAProxy更会比Nginx有更出色的负载均衡速度。

6、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。

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现在网站发展的趋势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或者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或者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F5就是首要选择,Nginx此时就作为LVS或者 F5的节点来使用,具体LVS或者F5的是选择是根据公司规模,人才以及资金能力来选择的,这里也不做详谈,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状态为:F5/LVS<—>Haproxy<—>Squid/Varnish<—>AppServer。

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