HAProxy高可用负载均衡集群部署
基本信息：
系统平台：VMware WorkStation
系统版本: CentOS Linux release 7.2.1511 (Core)
内核版本: 3.10.0-327.el7.x86_64
集群架构：
前端：HAProxy
1、虚拟FQDN：www.simpletime.net
2、VIP：192.168.39.1；DIP：172.16.39.50
3、调度服务器：Varnish1、Varnish2
4、调度算法：URL_Hash_Consistent
5、集群统计页：172.16.39.50:9091/simpletime?admin
缓存服务器：Varnish
1、VarnishServer1:172.16.39.14:9527
2、VarnishServer2:172.16.39.15:9527
3、开启健康状态探测，提供高可用
4、负载均衡后端Web服务器组
5、动静分离后端服务器，并动静都提供负载均衡效果
后端服务器：
StaticServer1:172.16.39.14:80
StaticServer2:172.16.39.15:80
DynamicServer1:172.16.39.151
DynamicServer2:172.16.39.152
Mysql服务器：
MysqlServer：172.16.39.150
思考：
1、负载均衡动静分离后，会话如何保持？
2、负载均衡动静分离后，存储如何解决？
3、该方案适用于什么样的场景？
4、该方案缺陷有哪些？
5、如何改进？
一、部署HAProxy
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1、安装HAProxy~]# yum install HAProxy2、配置HAProxy#---------------------------------------------------------------------# main frontend which proxys to the backends#---------------------------------------------------------------------frontend web *:80 #acl url_static path_beg -i /static /images /javascript /stylesheets #acl url_static path_end -i .jpg .gif .png .css .js .html .txt .htm #acl url_dynamic path_begin -i .php .jsp #default_backend static_srv if url_static #use_backend dynamic_srv if url_dynamic use_backend varnish_srv#---------------------------------------------------------------------# round robin balancing between the various backends#---------------------------------------------------------------------backend varnish_srv balance uri #使用基于URL的一致性哈希调度算法 hash-type consistent server varnish1 172.16.39.14:9527 check server varnish2 172.16.39.15:9527 checklisten stats #开启HAProxy图形化Web管理功能 bind :9091 stats enable stats uri /simpletime?admin stats hide-version stats auth admin:abc.123 stats admin if TRUE3、启动服务~]# systemctl start haproxy ~]# systemctl status haproxy #查看状态~]# ss -tnlp #查看80和9091端口是否启用~]# systemctl enable haproxy #设置开机启动 |
二、部署Varnish，两台配置一致（172.16.39.14|15）
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1、安装及配置~]# yum install varnish -y~]# vim /etc/varnish/varnish.params VARNISH_LISTEN_PORT=9527 #更改默认端口~]# systemctl start varnish ~]# systemctl enable varnish ~]# vim /etc/varnish/default.vclvcl 4.0;##############启用负载均衡模块###############import directors;################定义Purge-ACL控制#######################acl purgers { "127.0.0.1"; "172.16.39.0"/16;}# Default backend definition. Set this to point to your content server.##############配置健康状态探测##############probe HE { #静态检测 .url = "/health.html"; #指定检测URL .timeout = 2s; #探测超时时长 .window = 5; #探测次数 .threshold = 2; #探测次数成功多少次才算健康 .initial = 2; #Varnish启动探测后端主机2次健康后加入主机 .interval = 2s; #探测间隔时长 .expected_response = 200; #期望状态响应码}probe HC { #动态监测 .url = "/health.php"; .timeout = 2s; .window = 5; .threshold = 2; .initial = 2; .interval = 2s; .expected_response = 200; }#############添加后端主机################backend web1 { .host = "172.16.39.151:80"; .port = "80"; .probe = HC;}backend web2 { .host = "172.16.39.152:80"; .port = "80"; .probe = HC;}backend app1 { .host = "172.16.39.14:80"; .port = "80"; .probe = HE;}backend app2 { .host = "172.16.39.15:80"; .port = "80"; .probe = HE;}#############定义负载均衡及算法###############sub vcl_init { new webcluster = directors.round_robin(); webcluster.add_backend(web1); webcluster.add_backend(web2); new appcluster = directors.round_robin(); appcluster.add_backend(app1); appcluster.add_backend(app2);}################定义vcl_recv函数段######################sub vcl_recv {#####ACL未授权，不允许PURGE，并返回405##### if (req.method == "PURGE") { if(!client.ip ~ purgers){ return(synth(405,"Purging not allowed for" + client.ip)); } return (purge); }#####添加首部信息，使后端服务记录访问者的真实IP# if (req.restarts == 0) {# set req.http.X-Forwarded-For = req.http.X-Forwarded-For + ", " + client.ip;# } else {# set req.http.X-Forwarded-For = client.ip;# }# set req.backend_hint = webcluster.backend();# set req.backend_hint = appcluster.backend();#注：因为Varnish不是一级代理，配置forward只能取到上级代理IP，而上级代理IP，本身就包含在HAProxy发送过来的Forward里，所以没必要配置，而后端服务器只要日志格式有启用记录Forward信息，并且上级代理没有做限制，那么，就能获取到客户端真实IP；#####动静分离##### if (req.url ~ "(?i)\.(php|asp|aspx|jsp|do|ashx|shtml)($|\?)") { set req.backend_hint = appcluster.backend(); }#####不正常的请求不缓存##### if (req.method != "GET" && req.method != "HEAD" && req.method != "PUT" && req.method != "POST" && req.method != "TRACE" && req.method != "OPTIONS" && req.method != "PATCH" && req.method != "DELETE") { return (pipe); }#####如果请求不是GET或者HEAD，不缓存##### if (req.method != "GET" && req.method != "HEAD") { return (pass); }#####如果请求包含Authorization授权或Cookie认证，不缓存##### if (req.http.Authorization || req.http.Cookie) { return (pass); }#####启用压缩，但排除一些流文件压缩##### if (req.http.Accept-Encoding) { if (req.url ~ "\.(bmp|png|gif|jpg|jpeg|ico|gz|tgz|bz2|tbz|zip|rar|mp3|mp4|ogg|swf|flv)$") { unset req.http.Accept-Encoding; } elseif (req.http.Accept-Encoding ~ "gzip") { set req.http.Accept-Encoding = "gzip"; } elseif (req.http.Accept-Encoding ~ "deflate") { set req.http.Accept-Encoding = "deflate"; } else { unset req.http.Accept-Encoding; } } return (hash);}####################定义vcl_pipe函数段#################sub vcl_pipe { return (pipe);}sub vcl_miss { return (fetch);}####################定义vcl_hash函数段#################sub vcl_hash { hash_data(req.url); if (req.http.host) { hash_data(req.http.host); } else { hash_data(server.ip); } if (req.http.Accept-Encoding ~ "gzip") { hash_data ("gzip"); } elseif (req.http.Accept-Encoding ~ "deflate") { hash_data ("deflate"); }}##############设置资源缓存时长#################sub vcl_backend_response { if (beresp.http.cache-control !~ "s-maxage") { if (bereq.url ~ "(?i)\.(jpg|jpeg|png|gif|css|js|html|htm)$") { unset beresp.http.Set-Cookie; set beresp.ttl = 3600s; } }}################启用Purge#####################sub vcl_purge { return(synth(200,"Purged"));}###############记录缓存命中状态##############sub vcl_deliver { if (obj.hits > 0) { set resp.http.X-Cache = "HIT from " + req.http.host; set resp.http.X-Cache-Hits = obj.hits; } else { set resp.http.X-Cache = "MISS from " + req.http.host; } unset resp.http.X-Powered-By; unset resp.http.Server; unset resp.http.Via; unset resp.http.X-Varnish; unset resp.http.Age;}2、加载配置，因为还没有配置后端应用服务器，可以看到后端主机健康检测全部处于Sick状态~]# varnishadm -S /etc/varnish/secret -T 127.0.0.1:6082varnish> vcl.load conf1 default.vcl 200 VCL compiled.varnish> vcl.use conf1200 VCL 'conf1' now activevarnish> backend.list 200 Backend name Refs Admin Probeweb1(172.16.39.151,,80) 15 probe Sick 0/5web2(172.16.39.152,,80) 15 probe Sick 0/5app1(172.16.39.14,,80) 15 probe Sick 0/5app2(172.16.39.15,,80) 15 probe Sick 0/5 |
三、部署Mysql（172.16.39.150）
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~]# yum install mariadb.server~]# rpm -qe mariadb-servermariadb-server-5.5.44-2.el7.centos.x86_64~]# vim /etc/my.cnf #数据库基本优化[mysqld]innodb_file_per_table = ONskip_name_resolve = ON~]# mysql #创建wordpress数据库并授权该数据库用户> create database wwwdb; > grant all on wwwdb.* to www@'172.16.39.%' identified by "abc.123"; > exit |
四、部署NFS文件系统
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1、后端所有主机安装服务~]# yum install nfs-utils2、动态资源主机172.16.39.152设为动态web数据共享服务器DynamicServer2 ~]# vim /etc/exports /data/web/ 172.16.39.151/16(rw,sync) #rw=可读写，sync=内存及硬盘同步写入数据3、静态主机172.16.39.15设为静态web数据共享服务器StaticServer2 ~]# vim /etc/exports/data/web/ 172.16.39.14/16(rw,sync) #rw=可读写，sync=内存及硬盘同步写入数据~]# systemctl start nfs-server #启动服务DynamicServer2 ~]# exportfs -avr #重载配置exporting 172.16.39.151/16:/data/webStaticServer2 ~]# exportfs -avr #重载配置exporting 172.16.39.14/16:/data/web4、两台服务端设为开机启动~]# systemctl enable nfs-server5、客户端同步,动态主机挂载动态服务器共享，静态主机挂载静态服务器共享~]# showmount -e 172.16.39.152Export list for 172.16.39.152:/data/web 172.16.39.151/16~]# mount -t nfs 172.16.39.15:/data/web /data/web |
五、部署后端主机（注意：已经部署了NFS文件系统）
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1、安装及配置（DynamicServer2:172.16.39.152）~]# yum install nginx php-fpm php-mysql -y~]# mkdir /data/web/www -pv~]# vim /etc/nginx/conf.d/www.simple.com.confserver { listen 80; root /data/web/www; server_name www.simple.com; index index.html index.htm index.php; location ~ [^/]\.php(/|$) { try_files $uri = 404; fastcgi_pass 127.0.0.1:9000; fastcgi_index index.php; include fastcgi.conf; #access_log_bypass_if ($uri = '/health.php'); }}备注：access_log_bypass_if 需添加日志过滤模块，本文主要实现过滤健康状态检测信息；~]# systemctl start nginx php-fpm2、部署wordpress应用~]# unzip wordpress-4.3.1-zh_CN.zip ~]# mv wordpress/* /data/web/www/www]# cp wp-config{-sample,}.phpwww]# vim wp-config.phpdefine('DB_NAME', 'wwwdb');define('DB_USER', 'www');define('DB_PASSWORD', 'abc.123');define('DB_HOST', '172.16.39.150');3、设置facl权限~]# id apache~]# setfacl -m u:apache:rwx /data/web/www 4、拷贝web数据至StaticServer2,另两台后端主机挂载的是两台NFS服务端的数据文件，web数据数完成~]# tar -jcvf web.tar.gz /data/web/www~]# scp web.tar.gz 172.16.39.15:~]# setfacl -m u:apache:rwx /data/web/wwwStaticServer2 ~]# tar -xf web.tar.gz -C /data/web5、创建动静资源主机组Varnish健康状态探测页面DynamicServer2~]# echo "<h1>DynamicServer is Health.</h1> > /data/web/www/health.php StaticServer2~]# echo "<h1>StaticServer is Health.</h1>" > /data/web/www/health.html 6、在Varnish主机上查看健康状态（172.16.39.14|15，也就是StaticServer主机）StaticServer2~]# varnishadm -S /etc/varnish/secret -T 127.0.0.1:6082varnish> backend.list #后端Web主机正常200 Backend name Refs Admin Probeweb1(172.16.39.151,,80) 15 probe Healthy 5/5web2(172.16.39.152,,80) 15 probe Healthy 5/5app1(172.16.39.14,,80) 15 probe Healthy 5/5app2(172.16.39.15,,80) 15 probe Healthy 5/5 |
7、web访问172.16.39.50完成wordpress配置
8、创建图文测试，发现动静分离下，图片上传后无法显示
9、分析原因，动静分离后，用户可以上传图片至动态资源主机上，但静态资源却没有该图片，初步解决方案：使用文件同步软件，实时同步图片等流格式资源。
六、部署Rsync+inodify，实现静态资源主机同步上传资源图片目录，解决图片不能显示问题
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1、将StaticServer2配置为备份端，同步动态资源资源DynamicServer2下的web图片上传目录文件~]# rpm -qa rsync~]# vim /etc/rsyncd.conf #尾行追加uid = root #指定执行备份的用户及组权限为root用户gid = rootuser chroot = no #关闭chrootmax connections = 200 #最大连接数timeout = 600 pid file = /var/run/rsyncd.pidlock file = /var/run/rsyncd.locklog file = /var/log/rsyncd.log[web]path=/data/web/www/wp-content/uploadsignore errorsread only = nolist = nohosts allow = 172.16.39.0/255.255.0.0 #只允许39网段进行同步auth users = rsync #认证的用户名secrets file = /etc/rsyncd.password #指定密码文件2、创建rsync同步用户密码文件~]# echo “rsync:abc.123” > /etc/rsyncd.password ~]# chmod 600 /etc/rsyncd.password3、启动服务~]# systemctl start rsyncd ~]# ss -tnlp |grep rsync #查看是否开启873端口~]# systemctl enable rsyncd #设置rsync开机启动4、部署Rsync同步端DynamicServer2，实时同步本机web图片数据至StaticServer2，并保持以DynamicServer2为主两台服务器web图片资源一致性。~]# yum install rsync inodify-tools inodify-tools-devel如果yum源没有找到inodify，就直接下载源码包进行编译~]# tar -xf inodify-tools-3.13.tar.gz~]# ./configure --prefix=/usr/local/inotify ~]# ]# make -j 2 && make install~]# ln -sv /usr/local/inotify/bin/inotifywait /usr/bin/~]# echo “abc.123” > /etc/rsyncd.password~]# chmod 600 /etc/rsyncd.password#创建实时同步脚本~]# vim /etc/rsync.sh#!/bin/bashhost=172.16.39.15 #数据备份主机src=/data/web/www/wp-content/uploads/ #想要备份的目录des=webuser=rsync/usr/bin/rsync -vzrtopg --delete --progress --password-file=/etc/rsyncd.password $src $user@$host::$des/usr/bin/inotifywait -mrq --timefmt '%d/%m/%y %H:%M' --format '%T %w%f%e' -e modify,delete,create,attrib $src \ | while read filesdo/usr/bin/rsync -vzrtopg --delete --progress --password-file=/etc/rsyncd.password $src $user@$host::$desecho "${files} was rsynced" >>/tmp/rsync.log 2>&1done5、添加开机自动运行脚本~]# chmod 764 /etc/rsync.sh~]# echo "/usr/bin/bash /etc/rsync.sh &" >> /etc/rc.local #开机后台自动运行该脚本~]# chmod 750 /etc/rc.d/rc.local #Centos7，rc.local没有执行权限，要给予权限才能执行~]# sh /etc/rsync.sh & #执行同步脚本 |
七、测试
1、图文博客发布
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2、PURGE清空Varnish缓存测试~]# curl -X PURGE www.simpletime.net/ <!DOCTYPE html><html> <head> <title>200 Purged</title> </head> <body> <h1>Error 200 Purged</h1> <p>Purged</p> <h3>Guru Meditation:</h3> <p>XID: 100925448</p> <hr> <p>Varnish cache server</p> </body></html>3、压力测试 #存在缓存服务器，单机测试只做参考~]# ab -c 20000 -n 20000 -r www.simpletime.net/Requests per second: 670.86 [#/sec] (mean)Time per request: 29812.421 [ms] (mean)Time per request: 1.491 [ms] (mean, across all concurrent requests)~]# ab -c 20000 -n 20000 -r www.simpletime.net/Requests per second: 521.78 [#/sec] (mean)Time per request: 38330.212 [ms] (mean)Time per request: 1.917 [ms] (mean, across all concurrent requests)~]# ab -c 20000 -n 20000 -r www.simpletime.net/Requests per second: 521.78 [#/sec] (mean)Time per request: 38330.212 [ms] (mean)Time per request: 1.917 [ms] (mean, across all concurrent requests)4、HAProxy调度器挂了，整个架构崩溃...5、Varnish挂一台，没事，有冗余，高可用实现，另一台Varnish压力增大，尽快修复故障机器即可。6、后端主机，理论上动静态群集组能冗余各组一台服务器故障，可因为NFS文件系统懒人配置，NFS客户端挂了没事，NFS服务端挂了，GameOver...7、文件服务器NFS服务端挂了，（NFS服务器没有做冗余）GameOver...8、Rsync+Inodify文件实时同步系统挂了，服务器还能访问，只是图片等流格式文件不显示了...9、MysqlServer挂了，无冗余，（GameOver）...10、后端应用服务器Nginx日志示例：~]# tail /var/log/nginx/access.log172.16.39.15（VarnishIP） - - [26/Aug/2016:17:09:56 +0800] "POST /wp-admin/admin-ajax.php HTTP/1.1" 200 32 "http://172.16.39.50/wp-admin/post-new.php" "Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1; WOW64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/49.0.2623.110 Safari/537.36" "172.16.39.5（客户端IP）, 172.16.39.50（HAProxyIP）" |
八、总结
1、架构优点：
（1）HAProxy为Varnish缓存服务器提供了高可用的负载均衡,其使用的算法，也为Varnish提升了缓存命中率；
（2）HAProxy提供Web图形化管理界面，节约了学习成本；
（3）Varnish的高效缓存机制极大的提升了Web应用的性能，降低了Web服务器的压力；
（4）Varnish给后端Web服务器提供了高可用负载均衡，并使用了动态分离技术，保障了后端主机的冗余，显著提升了其性能；
（5）NFS+Rsync+inodify基本解决了该架构存储的问题，该架构文件存储因服务器有限，并没有设计好，储存服务器因有单独的网络存储服务器来提供；
2、冗余不足：
（1）Nginx负载均衡调度器，没有冗余能力，易出现单点故障。
解决方案：增加服务器，使用Keepalive做高可用。
（2）MysqlServer，没有冗余能力。
解决方案：增加服务器，使用Keepalive做高可用。
（3）NFS文件服务，没有冗余能力。
解决方案：可以增加服务器，使用rsync+inodify实现数据实时同步，再用keepalive做高可用。
3、性能瓶颈：
（1）NFS文件系统，因网络IO能力与磁盘本身性能，多台主机同时挂载执行读取读写操作，势必带来性能下降，根据木桶原理，此短板已成为该群集方案性能瓶颈。
（2）在大量的读写访问下，数据库的压力会非常大，从而影响性能。
解决方案：a、主从复制，主要提供高可用冗余能力，对性能有所提升，对数据压力不算太大的企业可选方案；
b、高可用负载均衡，扩展性强，同时提供高可用及负载均衡，性能有极大提升；
4、会话保持
（1）会话保持机制因添加memcache服务器，使用其sesion功能；
友情链接：
1、Nginx日志过滤模块官网下载链接
https://github.com/cfsego/ngx_log_if/
2、Varnish4.0官方帮助指南
http://www.varnish-cache.org/docs/4.0/users-guide/
以上均为个人观点，本架构还有许多不足之处，仅作学习交流之用；
