什么是负载均衡，原理是什么？

一、什么是负载均衡

负载均衡（LoadBalance）

其意思就是分摊到多个操作单元上进行执行，例如Web服务器、FTP服务器、企业关键应用服务器和其它关键任务服务器等，从而共同完成工作任务。

单从字面上的意思来理解就可以解释N台服务器平均分担负载，不会因为某台服务器负载高宕机而某台服务器闲置的情况。那么负载均衡的前提就是要有多台服务器才能实现，也就是两台以上即可。

二、负载均衡的优

减少服务器的压力，将原本一台服务器索要承受的访问量分给多台，并提高项目的可用性，当一台服务器挂掉的时候不会导致项目瘫痪。

三、四层负载均衡和七层负载均衡

四层负载均衡工作在OSI模型的传输层，主要工作是转发，它在接收到客户端的流量以后通过修改数据包的地址信息将流量转发到应用服务器。

七层负载均衡工作在OSI模型的应用层，因为它需要解析应用层流量，所以七层负载均衡在接到客户端的流量以后，还需要一个完整的TCP/IP协议栈。七层负载均衡会与客户端建立一条完整的连接并将应用层的请求流量解析出来，再按照调度算法选择一个应用服务器，并与应用服务器建立另外一条连接将请求发送过去，因此七层负载均衡的主要工作就是代理。 七层负载均衡 也称为“内容交换”，也就是主要通过报文中的真正有意义的应用层内容，再加上负载均衡设备设置的服务器选择方式，决定最终选择的内部服务器。

七层负载均衡的优点：这种方式可以对客户端的请求和服务器的响应进行任意意义上的修改，极大的提升了应用系统在网络层的灵活性；安全性高。

七层负载均衡，主要还是着重于应用广泛的HTTP协议，所以其应用范围主要是众多的网站或者内部信息平台等基于B/S开发的系统。 四层负载均衡则对应其他TCP应用，例如基于C/S开发的ERP等系统。

四、负载均衡的使用软件

负载均衡软件有Nginx、LVS、HaProxy等是目前使用最广泛的三种负载均衡软件。

四、负载均衡算法

一般来说负载均衡设备都会默认支持多种负载均衡分发策略，例如：

轮询（RoundRobin）将请求顺序循环地发到每个服务器。当其中某个服务器发生故障，AX就把其从顺序循环队列中拿出，不参加下一次的轮询，直到其恢复正常。

比率（Ratio）：给每个服务器分配一个加权值为比例，根椐这个比例，把用户的请求分配到每个服务器。当其中某个服务器发生故障，AX就把其从服务器队列中拿出，不参加下一次的用户请求的分配，直到其恢复正常。

优先权（Priority）：给所有服务器分组，给每个组定义优先权，将用户的请求分配给优先级高的服务器组（在同一组内，采用预先设定的轮询或比率算法，分配用户的请求）；当高优先级中所有服务器或者指定数量的服务器出现故障，AX将把请求送给次优先级的服务器组。这种方式，实际为用户提供一种热备份的方式。

最少连接数（LeastConnection）：AX会记录当前每台服务器或者服务端口上的连接数，新的连接将传递给连接数最少的服务器。当其中某个服务器发生故障，AX就把其从服务器队列中拿出，不参加下一次的用户请求的分配，直到其恢复正常。

最快响应时间（Fast Reponse time）：新的连接传递给那些响应最快的服务器。当其中某个服务器发生故障，AX就把其从服务器队列中拿出，不参加下一次的用户请求的分配，直到其恢复正常。

哈希算法( hash): 将客户端的源地址，端口进行哈希运算，根据运算的结果转发给一台服务器进行处理，当其中某个服务器发生故障，就把其从服务器队列中拿出，不参加下一次的用户请求的分配，直到其恢复正常。

基于数据包的内容分发：例如判断HTTP的URL，如果URL中带有.jpg的扩展名，就把数据包转发到指定的服务器。

五、健康检查

健康检查用于检查服务器开放的各种服务的可用状态。负载均衡设备一般会配置各种健康检查方法，例如Ping，TCP，UDP，HTTP，FTP，DNS等。Ping属于第三层的健康检查，用于检查服务器IP的连通性，而TCP/UDP属于第四层的健康检查，用于检查服务端口的UP/DOWN，如果要检查的更准确，就要用到基于7层的健康检查，例如创建一个HTTP健康检查，Get一个页面回来，并且检查页面内容是否包含一个指定的字符串，如果包含，则服务是UP的，如果不包含或者取不回页面，就认为该服务器的Web服务是不可用（DOWN）的。比如，负载均衡设备检查到172.16.20.3这台服务器的80端口是DOWN的，负载均衡设备将不把后面的连接转发到这台服务器，而是根据算法将数据包转发到别的服务器。创建健康检查时可以设定检查的间隔时间和尝试次数，例如设定间隔时间为5秒，尝试次数为3，那么负载均衡设备每隔5秒发起一次健康检查，如果检查失败，则尝试3次，如果3次都检查失败，则把该服务标记为DOWN，然后服务器仍然会每隔5秒对DOWN的服务器进行检查，当某个时刻发现该服务器健康检查又成功了，则把该服务器重新标记为UP。健康检查的间隔时间和尝试次数要根据综合情况来设置，原则是既不会对业务产生影响，又不会对负载均衡设备造成较大负担。

六、会话保持

如何保证一个用户的两次http请求转发到同一个服务器，这就要求负载均衡设备配置会话保持。

会话保持用于保持会话的连续性和一致性，由于服务器之间很难做到实时同步用户访问信息，这就要求把用户的前后访问会话保持到一台服务器上来处理。举个例子，用户访问一个电子商务网站，如果用户登录时是由第一台服务器来处理的，但用户购买商品的动作却由第二台服务器来处理，第二台服务器由于不知道用户信息，所以本次购买就不会成功。这种情况就需要会话保持，把用户的操作都通过第一台服务器来处理才能成功。当然并不是所有的访问都需要会话保持，例如服务器提供的是静态页面比如网站的新闻频道，各台服务器都有相同的内容，这种访问就不需要会话保持。

绝大多数的负载均衡产品都支持两类基本的会话保持方式：源/目的地址会话保持和cookie会话保持，另外像hash，URL Persist等也是比较常用的方式，但不是所有设备都支持。基于不同的应用要配置不同的会话保持，否则会引起负载的不均衡甚至访问异常。我们主要分析B/S结构的会话保持。

七、基于B/S结构的应用：

对于普通B/S结构的应用内容，例如网站的静态页面，可以不用配置任何的会话保持，但是对于一个基于B/S结构尤其是中间件平台的业务系统来说，必须配置会话保持，一般情况下，我们配置源地址会话保持可以满足需求，但是考虑到客户端可能有上述不利于源地址会话保持的环境，采用Cookie会话保持是一个更好的方式。Cookie会话保持会把负载均衡设备选择的Server信息保存在Cookie中发送到客户端，客户端持续访问时，会把该Cookie带来，负载均衡器通过分析Cookie把会话保持到之前选定的服务器。Cookie分为文件Cookie和内存cookie，文件cookie保存在客户端计算机硬盘上，只要该cookie文件不过期，则无论是否重复关闭开放浏览器都能保持到同一台服务器。内存Cookie则是把Cookie信息保存在内存中，Cookie的生存时间从打开浏览器访问开始，关闭浏览器结束。由于现在的浏览器对Cookie都有一定默认的安全设置，有些客户端可能规定不准使用文件Cookie，所以现在的应用程序开发多使用内存Cookie。

然而，内存Cookie也不是万能的，比如浏览器为了安全可能会完全禁用Cookie，这样Cookie会话保持就失去了作用。我们可以通过Session-id来实现会话保持，即将session-id作为url参数或者放在隐藏字段<input type="hidden">中，然后分析Session-id进行分发。

另一种方案是：将每一会话信息保存到一个数据库中。由于这个方案会增加数据库的负载，所以这个方案对性能的提高并不好。数据库最好是用来存储会话时间比较长的会话数据。为了避免数据库出现单点故障，并且提高其扩展性，数据库通常会复制到多台服务器上，通过负载均衡器来分发请求到数据库服务器上。

基于源/目的地址会话保持其实不太好用，因为客户可能是通过DHCP，NAT或者Web代理来连接Internet的，其IP地址可能经常变换，这使得这个方案的服务质量无法保障。

NAT(Network Address Translation，网络地址转换):当在专用网内部的一些主机本来已经分配到了本地IP地址(即仅在本专用网内使用的专用地址)，但现在又想和因特网上的主机通信(并不需要加密)时，可使用NAT方法。这种方法需要在专用网连接到因特网的路由器上安装NAT软件。装有NAT软件的路由器叫做NAT路由器，它至少有一个有效的外部全球IP地址。这样，所有使用本地地址的主机在和外界通信时，都要在NAT路由器上将其本地地址转换成全球IP地址，才能和因特网连接。

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