负载均衡之LVS与Nginx对比


今天总结一下负载均衡中LVS与Nginx的区别,好几篇博文一开始就说LVS是单向的,Nginx是双向的,我个人认为这是不准确的,LVS三种模式中,虽然DR模式以及TUN模式只有请求的报文经过Director,但是NAT模式,Real Server回复的报文也会经过Director Server地址重写:

对这三种模式有不了解的可以参考我之前的文章:

LVS负载均衡NAT模式原理介绍以及配置实战

LVS负载均衡IP隧道模式原理介绍以及配置实战

LVS负载均衡之DR模式原理介绍

以及LVS概要文章:

LVS负载均衡理论以及算法概要

首先要清楚的一点是,LVS是一个四层的负载均衡器,虽然是四层,但并没有TCP握手以及分手,只是偷窥了IP等信息,而Nginx是一个七层的负载均衡器,所以效率势必比四层的LVS低很多,但是可操作性比LVS高,后面所有的讨论都是基于这个区别。

为什么四册比七层效率高?

四层是TCP层,使用IP+端口四元组的方式。只是修改下IP地址,然后转发给后端服务器,TCP三次握手是直接和后端连接的。只不过在后端机器上看到的都是与代理机的IP的established而已,LVS中没有握手。

7层代理则必须要先和代理机三次握手后,才能得到7层(HTT层)的具体内容,然后再转发。意思就是代理机必须要与client和后端的机器都要建立连接。显然性能不行,但胜在于七层,人工可操作性高,能写更多的转发规则。

Nginx特点

Nginx 专为性能优化而开发,性能是其最重要的要求,十分注重效率,有报告 Nginx 能支持高达 50000 个并发连接数。

正向代理与反向代理

正向代理:局域网中的电脑用户想要直接访问服务器是不可行的,服务器可能Hold不住,只能通过代理服务器来访问,这种代理服务就被称为正向代理,特点是客户端知道自己访问的是代理服务器。

反向代理:客户端无法感知代理,因为客户端访问网络不需要配置,只要把请求发送到反向代理服务器,由反向代理服务器去选择目标服务器获取数据,然后再返回到客户端。

此时反向代理服务器和目标服务器对外就是一个服务器,暴露的是代理服务器地址,隐藏了真实服务器 IP 地址。

负载均衡

客户端发送多个请求到服务器,服务器处理请求,有一些可能要与数据库进行交互,服务器处理完毕之后,再将结果返回给客户端。

普通请求和响应过程如下图:


但是随着信息数量增长,访问量和数据量增长,单台的Server以及Database就成了系统的瓶颈,这种架构无法满足日益增长的需求,这时候要么提升单机的性能,要么增加服务器的数量。

关于提升性能,这儿就不赘述,提提如何增加服务器的数量,构建集群,将请求分发到各个服务器上,将原来请求集中到单个服务器的情况改为请求分发到多个服务器,也就是我们说的负载均衡。

图解负载均衡:

关于服务器如何拆分组建集群,参考:Redis集群拆分原则之AKF,这儿主要讲讲负载均衡,也就是图上的Proxy,可以是LVS,也可以是Nginx。假设有 15 个请求发送到代理服务器,那么由代理服务器根据服务器数量(请求具体分配策略,可以参考LVS负载均衡理论以及算法概要后面的负载均衡调度算法),这儿假如是平均分配,那么每个服务器处理 5 个请求,这个过程就叫做负载均衡。

动静分离

为了加快网站的解析速度,可以把动态页面和静态页面交给不同的服务器来解析,加快解析的速度,降低由单个服务器的压力。

动静分离之前的状态

动静分离之后

光看两张图可能有人不理解这样做的意义是什么,我们在进行数据请求时,以淘宝购物为例,商品详情页有很多东西是动态的,随着登录人员的不同而改变,例如用户ID,用户头像,但是有些内容是静态的,例如商品详情页,那么我们可以通过CDN(全局负载均衡与CDN内容分发)将静态资源部署在用户较近的服务器中,用户数据信息安全性要更高,可以放在某处集中,这样相对于将说有数据放在一起,能分担主服务器的压力,也能加速商品详情页等内容传输速度。

Nginx的优势

可操作性大

Nginx是一个应用层的程序,所以用户可操作性的空间大得多,可以作为网页静态服务器,支持 Rewrite 重写规则;支持 GZIP 压缩,节省带宽;可以做缓存;可以针对 http 应用本身来做分流策略,静态分离,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 单凭这点可以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,人为出现问题的几率也就大

网络依赖小

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于一个 ip 来做 visual ip

安装简单

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,因为同上所述,LVS 对网络依赖性比较大,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的多

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比较大,单机上的事情全都很难说

支持健康检查以及请求重发

nginx 可以检测到服务器内部的故障(健康检查),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

LVS 的优势

抗负载能力强

因为 LVS 工作方式的逻辑是非常简单的,而且工作在网络的第 4 层,仅作请求分发用,没有流量,所以在效率上基本不需要太过考虑。LVS 一般很少出现故障,即使出现故障一般也是其他地方(如内存、CPU 等)出现问题导致 LVS 出现问题

配置性低

这通常是一大劣势同时也是一大优势,因为没有太多的可配置的选项,所以除了增减服务器,并不需要经常去触碰它,大大减少了人为出错的几率

工作稳定

因为其本身抗负载能力很强,所以稳定性高也是顺理成章的事,另外各种 LVS 都有完整的双机热备方案,所以一点不用担心均衡器本身会出什么问题,节点出现故障的话,LVS 会自动判别,所以系统整体是非常稳定的

无流量

LVS 仅仅分发请求,而流量并不从它本身出去,所以可以利用它这点来做一些线路分流之用。没有流量同时也保住了均衡器的 IO 性能不会受到大流量的影响

LVS 基本上能支持所有应用,因为 LVS 工作在第 4 层,所以它可以对几乎所有应用做负载均衡,包括 http、数据库、聊天室等

站在巨人的肩膀上

  1. LVS 与 Nginx 区别
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