一文详解 LVS、Nginx 及 HAProxy 工作原理

LVS 的缺点

• 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。
• 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，相对而言，Nginx/HAProxy+Keepalived就简单多了。

Nginx

Nginx 是一个强大的 Web 服务器软件，用于处理高并发的 HTTP 请求和作为反向代理服务器做负载均衡。具有高性能、轻量级、内存消耗少，强大的负载均衡能力等优势。

Nignx 的架构设计

相对于传统基于进程或线程的模型(Apache就采用这种模型)在处理并发连接时会为每一个连接建立一个单独的进程或线程，且在网络或者输入/输出操作时阻塞。这将导致内存和 CPU 的大量消耗，因为新起一个单独的进程或线程需要准备新的运行时环境，包括堆和栈内存的分配，以及新的执行上下文，当然，这些也会导致多余的 CPU 开销。最终，会由于过多的上下文切换而导致服务器性能变差。

反过来，Nginx 的架构设计是采用模块化的、基于事件驱动、异步、单线程且非阻塞。

Nginx 大量使用多路复用和事件通知，Nginx 启动以后，会在系统中以 daemon 的方式在后台运行，其中包括一个 master 进程，n(n>=1) 个 worker 进程。所有的进程都是单线程(即只有一个主线程)的，且进程间通信主要使用共享内存的方式。

其中，master 进程用于接收来自外界的信号，并给 worker 进程发送信号，同时监控 worker 进程的工作状态。worker 进程则是外部请求真正的处理者，每个 worker 请求相互独立且平等的竞争来自客户端的请求。请求只能在一个 worker 进程中被处理，且一个 worker 进程只有一个主线程，所以同时只能处理一个请求。(原理同 Netty 很像)

Nginx 负载均衡

Nginx 负载均衡主要是对七层网络通信模型中的第七层应用层上的 http、https 进行支持。

Nginx 是以反向代理的方式进行负载均衡的。反向代理(Reverse Proxy)方式是指以代理服务器来接受 Internet 上的连接请求，然后将请求转发给内部网络上的服务器，并将从服务器上得到的结果返回给 Internet 上请求连接的客户端，此时代理服务器对外就表现为一个服务器。

Nginx 实现负载均衡的分配策略有很多，Nginx 的 upstream 目前支持以下几种方式：

• 轮询(默认)：每个请求按时间顺序逐一分配到不同的后端服务器，如果后端服务器 down 掉，能自动剔除。
• weight：指定轮询几率，weight 和访问比率成正比，用于后端服务器性能不均的情况。
• ip_hash：每个请求按访问 ip 的 hash 结果分配，这样每个访客固定访问一个后端服务器，可以解决 session 的问题。
• fair(第三方)：按后端服务器的响应时间来分配请求，响应时间短的优先分配。
• url_hash(第三方)：按访问 url 的 hash 结果来分配请求，使每个 url 定向到同一个后端服务器，后端服务器为缓存时比较有效。

Nginx 的优点

• 跨平台：Nginx 可以在大多数 Unix like OS编译运行，而且也有 Windows 的移植版本
• 配置异常简单：非常容易上手。配置风格跟程序开发一样，神一般的配置
• 非阻塞、高并发连接：官方测试能够支撑5万并发连接，在实际生产环境中跑到2～3万并发连接数
• 事件驱动：通信机制采用 epoll 模型，支持更大的并发连接
• Master/Worker 结构：一个 master 进程，生成一个或多个 worker 进程
• 内存消耗小：处理大并发的请求内存消耗非常小。在3万并发连接下，开启的10个 Nginx 进程才消耗150M 内存(15M*10=150M)
• 内置的健康检查功能：如果 Nginx 代理的后端的某台 Web 服务器宕机了，不会影响前端访问
• 节省带宽：支持 GZIP 压缩，可以添加浏览器本地缓存的 Header 头
• 稳定性高：用于反向代理，宕机的概率微乎其微

Nginx 的缺点

• 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
• 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 ur l来检测。不支持 Session 的直接保持，但能通过 ip_hash 来解决

HAProxy

HAProxy 支持两种代理模式 TCP(四层)和HTTP(七层)，也是支持虚拟主机的。

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。

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。

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。

HAProxy 负载均衡策略非常多：Round-robin(轮循)、Weight-round-robin(带权轮循)、source(原地址保持)、RI(请求URL)、rdp-cookie(根据cookie)。

（编辑：温州站长网）

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