LVS、NGINX、HAPROXY的调度算法
目录
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
- 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。
- 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。
- 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。
- 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
- 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。
- 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。
- 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
- 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。
- 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。
- 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。
- 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
- 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。
- 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
- 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。
- 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。
- 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。
- 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
- 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。
- 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。
- 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。
- 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
- 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。
- 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
- 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。
- 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。