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负载均衡是一种在计算机网络和系统架构中使用的技术#xff0c;用于均衡分发工作负载到多个资源#xff0c;比如#xff1a;服务器、计算节点或存储设备上#xff0c;以提高系统的性能、可伸缩性。
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负载均衡是一种在计算机网络和系统架构中使用的技术用于均衡分发工作负载到多个资源比如服务器、计算节点或存储设备上以提高系统的性能、可伸缩性。
在传统的单个服务器架构中当请求量增加时单个服务器可能无法处理所有的请求导致性能下降或系统崩溃。
负载均衡技术通过将负载请求分发到多个服务器上实现资源的合理利用从而平衡服务器的负载。
这样可以提高系统的处理能力增加并发处理能力并减少单点故障的风险。
二、负载均衡作用 负载均衡的作用主要包含如下几点
1.提高系统性能 负载均衡技术将负载请求或任务分发到多个资源上使得系统能够处理更多的并发请求从而提高整体的处理能力和性能。
2.实现高可用性 负载均衡可以将负载分发到多个资源上当其中一个资源发生故障或不可用时负载均衡可以自动将请求转发到其他可用的资源。 这样可以降低单点故障的风险提高系统的可靠性和容错性。
3.提高系统可伸缩性 随着业务的增长负载均衡技术可以动态地增加或减少资源的数量根据实际负载情况进行扩展或收缩。 通过自动分配负载到新增的资源上系统可以实现水平扩展满足不断增长的需求提高系统的可伸缩性。
4.优化资源利用 负载均衡技术可以根据资源的性能、可用性和负载情况合理地分配请求或任务。 这样可以最大限度地利用资源避免资源的空闲或过载提高资源的利用率和效率。
三、负载均衡的原理 系统的扩展可分为纵向垂直扩展和横向水平扩展。
比如纵向扩展是从单机的角度通过增加硬件处理能力比如CPU处理能力内存容量磁盘等方面实现服务器处理能力的提升。这种情况不能满足大型分布式系统网站大流量高并发海量数据的问题。
因此需要采用横向扩展的方式通过添加机器来满足大型网站服务的处理能力比如一台机器不能满足则增加两台或者多台机器共同承担访问压力。
负载均衡器作为一个中间层接收来自客户端的请求并根据特定的算法和策略将请求分发给后端的多个资源如服务器、计算节点或存储设备。客户端可以直接将请求发送给负载均衡器或通过域名解析、DNS等方式间接连接到负载均衡器。
四、负载均衡算法
负载均衡算法主要分为如下5类
1.Round Robin-轮询 轮询顾名思义把请求按顺序分配给每个服务器然后重复执行这个顺序进行请求分配。
假设有3台服务器分别为A,B,C当客户端有请求过来时请求会按照A——B——C——A——B——C...这种轮训的顺序分配给各个服务器。
原理
服务器列表维护一个服务器列表有服务器加入/剔除时相应的更新服务器列表 服务器游标记录需要处理下一个请求的服务器 请求分发新的请求到达选择当前服务器来处理该请求然后服务器游标1 循环不断重复步骤三以确保每个服务器都有机会处理请求
2.Weighted Round Robin - 加权轮询 在轮询的基础上根据硬件配置不同按权重分发到不同的服务器适合场景跟配置高、负载低的机器分配更高的权重使其能处理更多的请求。
3.最少连接数 记录每个服务器正在处理的请求数把新的请求分发到最少连接的服务器上因为要维护内部状态不推荐。 原理 维护一个所有服务器和连接数的字典Map 当新的请求到达时负载均衡器会检查服务器列表中当前连接数最少的服务器 请求将被分配给具有最少连接数的服务器处理请求后该服务器的连接数1 如果有多台服务器具有相同的最小连接数算法可以使用其他标准来选择其中一台如加权等
优缺点 优点 动态负载均衡它根据服务器的当前负载情况来做出决策这使得它能够有效地分配请求给当前连接数最少的服务器从而确保了服务器资源的最佳利用。 适应性强这个算法适用于服务器性能不均匀的情况因为它关注的是连接数而不是服务器的硬件配置或性能评估。 避免过载通过将新请求分配给连接数最少的服务器”最小连接数”算法有助于防止某些服务器被过度加载从而提高了系统的稳定性和性能。 自动恢复如果某台服务器由于故障或重启而导致连接数清零该算法会自动开始将新请求分配给该服务器以实现自动恢复。
缺点 连接数不一定代表负载”最小连接数”算法假设连接数与服务器的负载成正比但这并不总是准确。有时候某台服务器的连接数可能很高但仍然能够处理更多的请求而另一台连接数较低的服务器可能已经达到了其性能极限。 不适用于长连接如果服务器上有大量长期活跃的连接例如WebSocket连接该算法可能不太适用因为长连接不同于短暂的HTTP请求连接数的统计可能会产生误导。 无法解决服务器性能差异虽然”最小连接数”算法可以平衡连接数但它无法解决服务器硬件性能差异的问题。在这种情况下可能需要其他负载均衡算法如加权轮询来更好地适应性能差异。
4.IP/URL Hash-IP/URL散列 IP/URL 散列算法是一种根据客户端 IP 地址或 URL 来分配请求的负载均衡算法这样相同的IP或者URL就会负载到相同的服务器上。
原理 将客户端 IP 地址或 URL 散列到服务器列表中 然后将请求分配给散列值对应的服务器。
优缺点 优点 稳定性IP/URL Hash 算法可以确保相同的客户端请求总是被分发到相同的服务器上。这可以提高应用程序的稳定性因为客户端的会话数据在同一服务器上保持一致。 适用于会话保持当应用程序需要在多次请求之间保持会话状态时IP/URL Hash 算法非常有用。客户端在一次请求中选择的服务器会在后续请求中保持一致确保会话数据不会丢失。 负载均衡IP/URL Hash 算法可以将特定的客户端请求均匀地分配到多个服务器上从而实现基本的负载均衡避免了某些服务器被过度请求。
缺点 不适用于动态环境IP/URL Hash 算法基于客户端的 IP 地址或 URL一旦客户端 IP 或请求的 URL 发生变化请求可能会被分配到不同的服务器上导致会话数据丢失或不一致。 不考虑服务器负载IP/URL Hash 算法不考虑服务器的当前负载情况。如果某个服务器的负载过高IP/URL Hash 无法动态地将请求分发到负载较低的服务器上。
适用场景 静态环境在静态环境中即客户端的 IP 地址或请求的 URL 不经常变化的情况下IP/URL Hash 算法可以提供稳定的负载均衡。 少数服务器的负载均衡当服务器数量相对较少且不太容易动态扩展时IP/URL Hash 算法可以用于基本的负载均衡。
5.Least Response Time - 最短响应时间 最短响应时间就是指处理请求的响应时间最少的服务器获取的请求就越多。直白讲就是速度快就干的多。
适用场景 负载均衡的所有服务器处理能力相差比较大。比如有3台服务器服务器A4C8G4个CPU8G内存服务器B2C4G2个CPU4G内存服务器C1C2G1个CPU2G内存 那么就可以采用这种算法这样可以根据服务器的处理来实现动态负载。
交通控制系统在城市交通控制系统中需要及时响应交通信号、路况和车辆检测等信息。最短响应时间算法可以帮助确保交通信号及时适应交通流量的变化。
优缺点 优点可以充分发挥各个服务器的性能提高服务器的利用率。
缺点饥饿问题。比如服务器A的性能最好处理速度最快那么所有的请求都会被分配到服务器A这样服务器B和服务器C就会一直处于饥饿状态无法处理请求。这样也就会产生不公平。
