2023 年的 Node.js 生態(tài)系統(tǒng)
隨著技術(shù)的不斷演進(jìn)和創(chuàng)新，Node.js 在 2023 年達(dá)到了一個(gè)新的高度。Node.js 擁有一個(gè)龐大的生態(tài)系統(tǒng)，可以幫助開發(fā)人員更快地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的應(yīng)用。本文就來看看 Node.js 最新的生
負(fù)載均衡器(Load Balancer，簡稱 LB)是一種硬件或者軟件設(shè)備，它可以將客戶端訪問流量根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)策略分發(fā)到多個(gè)服務(wù)器或者設(shè)備上，以確保系統(tǒng)的負(fù)載均衡，通過負(fù)載均衡可以有效避免單點(diǎn)故障，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。LB是所有流量的入口，LB的高可用架構(gòu)以及可擴(kuò)展性對于業(yè)務(wù)的重要性不言而喻。本文全面剖析LB的架構(gòu)和底層實(shí)現(xiàn)原理，以點(diǎn)帶面，詳細(xì)介紹LB的構(gòu)成組件和實(shí)現(xiàn)技術(shù)、LB的后端網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟约癓B集群的高可用性。
圖1 LB的構(gòu)成組件
用戶每創(chuàng)建一個(gè)LB集群，都至少生產(chǎn)兩個(gè)負(fù)載均衡器節(jié)點(diǎn)(LB node)，它的承載實(shí)體可以是虛擬機(jī)也可以是容器，容器具有輕量和高性能特性。LB的構(gòu)成包含三部分，分別如下：
負(fù)載均衡器主要接收client的傳入流量，并按照負(fù)載均衡算法，將流量分發(fā)給LB node。
用戶可以向負(fù)載均衡器添加一個(gè)或者多個(gè)監(jiān)聽器，監(jiān)聽器主要用來配置協(xié)議和端口，根據(jù)檢查客戶端的流量連接請求，按照定義的轉(zhuǎn)發(fā)策略將請求的映射端口流量分發(fā)到后端真正承載業(yè)務(wù)的后端服務(wù)器和端口。
后端服務(wù)器就是業(yè)務(wù)的流量承載實(shí)體，可以是虛擬機(jī)、裸金屬和容器。監(jiān)聽器會(huì)對后端服務(wù)器進(jìn)行定期健康檢查，如果后端服務(wù)器有問題，將會(huì)從監(jiān)聽器中摘掉異常服務(wù)器，如果后端服務(wù)器恢復(fù)正常，監(jiān)聽器會(huì)自動(dòng)添加該服務(wù)器繼續(xù)為業(yè)務(wù)提供服務(wù)器。負(fù)載均衡器按照用戶設(shè)置的負(fù)載均衡算法(輪詢/最少鏈接/源地址)，將流量分發(fā)到后端服務(wù)器。
圖2 LB集群
負(fù)載均衡器作為用戶的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)入口，一旦發(fā)生故障將影響業(yè)務(wù)的整體可用性，所以負(fù)載均衡器集群的目的就是提供高可用的負(fù)載均衡器服務(wù)。負(fù)載均衡器集群中包含多個(gè)單獨(dú)工作的LB node，這些節(jié)點(diǎn)保持一致的負(fù)載均衡配置，并且具備相同的服務(wù)IP地址，提供統(tǒng)一的對外服務(wù)。 LB對外服務(wù)的ip地址稱之虛擬ip（一般稱vip），負(fù)載均衡器集群會(huì)自動(dòng)將vip映射到某個(gè)LB nodeIP地址。如圖2所示，每個(gè)LB集群的LB node包括Keepalive、LVS和Haproxy服務(wù)，其中LB集群會(huì)選擇兩個(gè)LB node 組成一個(gè)Keepalive集群，一個(gè)作為master，一個(gè)作為slave，其中master 節(jié)點(diǎn)為vip所在節(jié)點(diǎn)，是client訪問業(yè)務(wù)的入口ip。Keepalive集群是一個(gè)高可用集群，它通過VRRP協(xié)議來防止單點(diǎn)故障。如果master節(jié)點(diǎn)有問題，slave節(jié)點(diǎn)將轉(zhuǎn)為master節(jié)點(diǎn)，對外提供服務(wù)。lb-node0作為Keepalive集群的master節(jié)點(diǎn)，上面的LVS服務(wù)通過默認(rèn)的加權(quán)輪訓(xùn)算法，將入口流量分發(fā)到LB集群的3個(gè)node節(jié)點(diǎn)，而作為Keepalive slave的lb-node1上的LVS服務(wù)會(huì)將流量按照加權(quán)輪訓(xùn)算法分發(fā)到 lb-node1和lb-node2上。HAProxy作為監(jiān)聽器的載體，在其配置中為監(jiān)聽器添加后端服務(wù)器。
圖1 LB的構(gòu)成組件
用戶每創(chuàng)建一個(gè)LB集群，都至少生產(chǎn)兩個(gè)負(fù)載均衡器節(jié)點(diǎn)(LB node)，它的承載實(shí)體可以是虛擬機(jī)也可以是容器，容器具有輕量和高性能特性。LB的構(gòu)成包含三部分，分別如下：
負(fù)載均衡器主要接收client的傳入流量，并按照負(fù)載均衡算法，將流量分發(fā)給LB node。
用戶可以向負(fù)載均衡器添加一個(gè)或者多個(gè)監(jiān)聽器，監(jiān)聽器主要用來配置協(xié)議和端口，根據(jù)檢查客戶端的流量連接請求，按照定義的轉(zhuǎn)發(fā)策略將請求的映射端口流量分發(fā)到后端真正承載業(yè)務(wù)的后端服務(wù)器和端口。
后端服務(wù)器就是業(yè)務(wù)的流量承載實(shí)體，可以是虛擬機(jī)、裸金屬和容器。監(jiān)聽器會(huì)對后端服務(wù)器進(jìn)行定期健康檢查，如果后端服務(wù)器有問題，將會(huì)從監(jiān)聽器中摘掉異常服務(wù)器，如果后端服務(wù)器恢復(fù)正常，監(jiān)聽器會(huì)自動(dòng)添加該服務(wù)器繼續(xù)為業(yè)務(wù)提供服務(wù)器。負(fù)載均衡器按照用戶設(shè)置的負(fù)載均衡算法(輪詢/最少鏈接/源地址)，將流量分發(fā)到后端服務(wù)器。
圖3 LB后端網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/span>
每個(gè)LB node包括兩個(gè)網(wǎng)卡，分別為eth0和eth1。其中eth0為私有網(wǎng)絡(luò)地址，用于和后端服務(wù)通信，eth1為基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)地址，用于接收client數(shù)據(jù)。Haproxy作為eth0和eth1數(shù)據(jù)通信的橋梁。根據(jù)圖3所示，LB后端網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓敿?xì)介紹了客戶端流量如何通過負(fù)載均衡集群，轉(zhuǎn)發(fā)流量到后端服務(wù)器,然后后端服務(wù)器將響應(yīng)數(shù)據(jù)如何返回至client。
首先client 通過訪問vip(1.2.3.252)到lb-node0，此時(shí)流量通過eth1網(wǎng)卡進(jìn)入iptables規(guī)則，通過 PREROUTING 表的LUSTER_DIVERT 鏈上的規(guī)則，打上 fwmark。fwmark 的值是根據(jù)監(jiān)聽器的端口來分配，具體以 iptables 規(guī)則中的 fwmark 值為準(zhǔn)，一般從 0x2710 (即10000) 開始分配，和keepalive中virtual_server_group中的值一致。
然后流量到達(dá)lvs后，lvs根據(jù)fwmark配置，按照lvs配置算法，選擇一個(gè)LB node(1.2.3.9)接受流量，如圖3所示lvs對應(yīng)的配置。此時(shí)haproxy 已經(jīng)開啟端口監(jiān)聽，流量進(jìn)入haproxy 的應(yīng)用程序，按照RR算法，選擇一個(gè)合適的后端服務(wù)器進(jìn)行流量轉(zhuǎn)發(fā)。
此時(shí)，通過查看LB node所在物理機(jī)hyper-1的arp信息和宿主機(jī)路由，流量到達(dá)br_vg_out網(wǎng)橋，按照bridge fdb流表配置，通過vxlan隧道，將請求數(shù)據(jù)發(fā)送至后端服務(wù)(1.2.3.6)所在的物理機(jī)hyper-3。hyper-3的內(nèi)核對vxlan解包后，數(shù)據(jù)流入到sxxx網(wǎng)橋，然后根據(jù)bridge fdb信息，將數(shù)據(jù)交付給最終的后端服務(wù)器。此時(shí)需要注意是在hyper-1上后端服務(wù)1.2.3.6的mac地址(圖中標(biāo)紅色)并不是其真正的mac地址，而是其所在物理服務(wù)器上網(wǎng)橋的一個(gè)網(wǎng)口pair的mac地址，它是封包流量的統(tǒng)一入口，最后會(huì)將流量轉(zhuǎn)發(fā)到最終后端服務(wù)。
在hyper-3上的后端服務(wù)處理完client的請求后，響應(yīng)數(shù)據(jù)是如何返回至client的呢？從LB-node0過來的數(shù)據(jù)包，進(jìn)入hyper-3的iptables規(guī)則后，會(huì)對其打上fwmark，響應(yīng)數(shù)據(jù)通過查找hyper-3上的策略路由的fwmark值進(jìn)行路由匹配，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送至hyper-3的br_vg_out網(wǎng)橋，通過vxlan隧道發(fā)送至LB-node0，此時(shí)數(shù)據(jù)不再經(jīng)過lvs服務(wù)（lvs采用DR工作模式），而是直接將響應(yīng)數(shù)據(jù)發(fā)送至client。
每個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)上都有l(wèi)xc-monitor守護(hù)進(jìn)程，它監(jiān)控著物理機(jī)上以LXC形式運(yùn)行的LB node，當(dāng)LB node 由于某些原因出現(xiàn)stop情況后，lxc-monitor會(huì)接收到lxc對應(yīng)的停止消息，并將該消息發(fā)送至lxc-event-handler，lxc-event-handler發(fā)送release指令給compute_server, compute_server 服務(wù)將會(huì)重建該LB node。同理，當(dāng)整個(gè)hyper意外宕機(jī)后，其pair-hyper探測到hyper網(wǎng)絡(luò)中斷后（hyper和pair-hyper 相互探活彼此），將會(huì)觸發(fā)重建hyper上面所有的LB node，保障LB node正常工作。
Keepalive 的master節(jié)點(diǎn)配置misc_check，會(huì)對LB node里面 haproxy 啟動(dòng)的監(jiān)聽器的監(jiān)聽端口進(jìn)行健康檢查，探測流量走VBC網(wǎng)絡(luò)，即eth1網(wǎng)卡。通過使用nc -vz命令定期對ip和端口進(jìn)行探測，如果不通，則將它從lvs 后端摘掉，這樣業(yè)務(wù)流量就不會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)到有問題監(jiān)聽器上了。
開啟健康檢測后，負(fù)載均衡器會(huì)根據(jù)對應(yīng)配置定期檢查后端服務(wù)的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)某個(gè)后端服務(wù)出現(xiàn)異常時(shí)，會(huì)自動(dòng)隔離該后端服務(wù)，并將請求轉(zhuǎn)發(fā)給其他健康的后端服務(wù)，實(shí)現(xiàn)高可用性。
本文介紹了LB的組成原理、高可用架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)流量模型分析和健康檢查機(jī)制。只有全面深入了解負(fù)載均衡器的工作原理，才能快速定位業(yè)務(wù)在LB碰到的各種問題。LB可以為用戶提供強(qiáng)大的功能和靈活配置，便于用戶擴(kuò)展和管理應(yīng)用程序的基礎(chǔ)架構(gòu)，并且提高了服務(wù)的可用性和穩(wěn)定性，為系統(tǒng)的構(gòu)建和性能延伸提供了強(qiáng)有力的支持。
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