HAProxy 调度算法

HAProxy通过固定参数

balance 指明对后端服务器的调度算法，该参数可以配置在listen或backend选项中。

HAProxy的调度算法分为静态和动态调度算法，但是有些算法可以根据不同的参数实现静态和动态算法 相互转换。

官方文档：

HAProxy version 2.4.15 - Configuration Manualhttp://cbonte.github.io/haproxy-dconv/2.4/configuration.html#4-balance

其他算法

source 算法

源地址hash，基于用户源地址hash并将请求转发到后端服务器，后续同一个源地址请求将被转发至同一个后端web服务器。此方式当后端服务器数据量发生变化时，会导致很多用户的请求转发至新的后端服务器，默认为静态方式，但是可以通过hash-type选项进行更改

这个算法一般是在不插入Cookie的TCP模式下使用，也可给不支持会话cookie的客户提供会话粘性，适用于需要session会话保持但不支持cookie和缓存的场景

源地址有两种转发客户端请求到后端服务器的服务器选取计算方式，分别是取模法和一致性hash

map-base 取模法

map-based：取模法，对source地址进行hash计算，再基于服务器总权重的取模，最终结果决定将此请求转发至对应的后端服务器。

此方法是静态的，即不支持在线调整权重，不支持慢启动，可实现对后端服务器均衡调度。缺点是当服务器的总权重发生变化时，即有服务器上线或下线，都会因总权重发生变化而导致调度结果整体改变，hash-type 指定的默认值为此算法

所谓取模运算，就是计算两个数相除之后的余数，10%7=3, 7%4=3

map-based算法：基于权重取模，hash(source_ip)%所有后端服务器相加的总权重

取模法配置示例：

listen  web_host
  bind 10.0.0.7:80,:8801-8810,10.0.0.7:9001-9010
  mode tcp
  log global
  balance source
  hash-type map-based 
  server web1  10.0.0.17:80 weight 1  check inter 3000 fall 2 rise 3
  server web2  10.0.0.27:80 weight 1  check inter 3000 fall 2 rise 3
 #不支持动态调整权重值
[root@haproxy ~]#echo "set weight web_host/10.0.0.27 10" | socat stdio 
/var/lib/haproxy/haproxy.sock 
Backend is using a static LB algorithm and only accepts weights '0%' and '100%'.
 #只能动态上线和下线
[root@haproxy ~]#echo "set weight web_host/10.0.0.27 0" | socat stdio 
/var/lib/haproxy/haproxy.sock 
[root@haproxy conf.d]#echo "get weight web_host/10.0.0.27" | socat stdio 
/var/lib/haproxy/haproxy.sock 
0 (initial 1)

一致性 hash

一致性哈希，当服务器的总权重发生变化时，对调度结果影响是局部的，不会引起大的变动， hash（o）mod n ，该hash算法是动态的，支持使用 socat等工具进行在线权重调整，支持慢启动

算法：

1、key1=hash(source_ip)%(2^32)  [0---4294967295]
2、keyA=hash(后端服务器虚拟ip)%(2^32)
3、将key1和keyA都放在hash环上，将用户请求调度到离key1最近的keyA对应的后端服务器 

hash环偏斜问题

增加虚拟服务器IP数量，比如：一个后端服务器根据权重为1生成1000个虚拟IP，再hash。而后端服务器权
重为2则生成2000的虚拟IP，再进行hash运算,最终在hash环上生成3000个节点，从而解决hash环偏斜问题 

一致性hash配置示例

listen  web_host
  bind 10.0.0.7:80,:8801-8810,10.0.0.7:9001-9010
  mode tcp
  log global
  balance source
  hash-type consistent
  server web1  10.0.0.17:80 weight 1  check inter 3000 fall 2 rise 5
  server web2  10.0.0.27:80 weight 1  check inter 3000 fall 2 rise 5 

uri 算法

基于对用户请求的URI的左半部分或整个uri做hash，再将hash结果对总权重进行取模后，根据最终结果 将请求转发到后端指定服务器，适用于后端是缓存服务器场景，默认是静态算法，也可以通过hash-type 指定map-based和consistent，来定义使用取模法还是一致性hash。

注意：此算法基于应用层，所以只支持 mode http ，不支持 mode tcp

 <scheme>://<user>:<password>@<host>:<port>/<path>;<params>?<query>#<frag>
左半部分：/<path>;<params>
整个uri：/<path>;<params>?<query>#<frag>
 

uri 取模法配置示例

listen  web_host
  bind 10.0.0.7:80,:8801-8810,10.0.0.7:9001-9010
  mode http
  log global
  balance uri
  server web1  10.0.0.17:80 weight 1  check inter 3000 fall 2 rise 5
  server web2  10.0.0.27:80 weight 1  check inter 3000 fall 2 rise 5 

uri 一致性hash配置示例

listen  web_host
  bind 10.0.0.7:80,:8801-8810,10.0.0.7:9001-9010
  mode http
  log global
  balance uri
  hash-type consistent
  server web1  10.0.0.17:80 weight 1  check inter 3000 fall 2 rise 5
  server web2  10.0.0.27:80 weight 1  check inter 3000 fall 2 rise 5 

访问测试

访问不同的uri，确认可以将用户同样的请求转发至相同的服务器

# curl  http://10.0.0.7/test1.html
# curl  http://10.0.0.7/test2..html

url_param 算法

url_param对用户请求的url中的 params 部分中的一个参数key对应的value值作hash计算，并由服务器 总权重相除以后派发至某挑出的服务器；通常用于追踪用户，以确保来自同一个用户的请求始终发往同 一个real server，如果无没key，将按roundrobin算法

#假设：
url = http://www.wang.com/foo/bar/index.php?key=value 
#则：
host = "www.wang.com"
 url_param = "key=value"

url_param取模法配置示例

listen  web_host
  bind 10.0.0.7:80,:8801-8810,10.0.0.7:9001-9010
  mode http
  log global
  balance url_param  userid     
#url_param hash
  server web1 10.0.0.17:80 weight 1  check inter 3000 fall 2 rise 5
  server web2 10.0.0.27:80 weight 1  check inter 3000 fall 2 rise 5 

url_param一致性hash配置示例

 listen  web_host
  bind 10.0.0.7:80,:8801-8810,10.0.0.7:9001-9010
  mode http
  log global
  balance url_param  userid             
#对url_param的值取hash
  hash-type consistent
  server web1  10.0.0.17:80 weight 1  check inter 3000 fall 2 rise 5
  server web2  10.0.0.27:80 weight 1  check inter 3000 fall 2 rise 5

 测试访问

# curl  http://10.0.0.7/index.html?userid=<NAME_ID> 
# curl  "http://10.0.0.7/index.html?userid=<NAME_ID>&typeid=<TYPE_ID>"

hdr 算法

针对用户每个http头部(header)请求中的指定信息做hash，此处由 name 指定的http首部将会被取出并 做hash计算，然后由服务器总权重取模以后派发至某挑出的服务器，如果无有效值，则会使用默认的轮 询调度。  

hdr取模法配置示例

 listen  web_host
  bind 10.0.0.7:80,:8801-8810,10.0.0.7:9001-9010
  mode http
  log global
  balance hdr(User-Agent)
  #balance hdr(host)
  server web1  10.0.0.17:80 weight 1  check inter 3000 fall 2 rise 5
  server web2  10.0.0.27:80 weight 1  check inter 3000 fall 2 rise 5

一致性hash配置示例

listen  web_host
  bind 10.0.0.7:80,:8801-8810,10.0.0.7:9001-9010
  mode http
  log global
  balance hdr(User-Agent)
  hash-type consistent
  server web1  10.0.0.17:80 weight 1  check inter 3000 fall 2 rise 5
  server web2  10.0.0.27:80 weight 1  check inter 3000 fall 2 rise 5

测试访问

[root@centos6 ~]#curl -v http://10.0.0.7/index.html
[root@centos6 ~]#curl -vA 'firefox' http://10.0.0.7/index.html
[root@centos6 ~]#curl -vA 'chrome' http://10.0.0.7/index.html 

rdp-cookie 算法

rdp-cookie对远 Windows远程桌面的负载，使用cookie保持会话，默认是静态，也可以通过hash-type 指定map-based和consistent，来定义使用取模法还是一致性hash。  

rdp-cookie 取模法配置示例

listen RDP
  bind 10.0.0.7:3389
  balance rdp-cookie
  mode tcp
  server rdp0 10.0.0.17:3389 check fall 3 rise 5 inter 2000 weight 1 

rdp-cookie 一致性hash配置示例

[root@haproxy ~]#cat /etc/haproxy/conf.d/windows_rdp.cfg 
listen wang_RDP_3389
  mode tcp
  bind  
172.16.0.100:3389
  balance rdp-cookie
  hash-type consistent
  server rdp0 10.0.0.200:3389 check fall 3 rise 5 inter 2000 weight 1
 [root@haproxy ~]#hostname -I
 10.0.0.7 172.16.0.100 
 

基于iptables实现RDP协议转发

必须开启ip转发功能： net.ipv4.ip_forward = 1

  [root@centos8 ~]#sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1
 #客户端和Windows在不同网段需要下面命令,注意后端服务器需要将iptables主机配置为网关
[root@centos8 ~]#iptables  -t nat -A PREROUTING -d 172.16.0.100 -p tcp --dport 
3389 -j DNAT --to-destination 10.0.0.200:3389
 #客户端和Windows在同一网段需要再执行下面命令
[root@centos8 ~]#iptables  -t nat -A PREROUTING -d 10.0.0.8 -p tcp --dport 3389 
j DNAT --to-destination 10.0.0.200:3389
 [root@centos8 ~]#iptables -t nat -A POSTROUTING -s 10.0.0.0/24 -j SNAT --to
source  10.0.0.8

算法总结

#静态
static-rr--------->tcp/http  
first------------->tcp/http  
#动态
roundrobin-------->tcp/http 
leastconn--------->tcp/http 
random------------>tcp/http
 #以下静态和动态取决于hash_type是否consistent
source------------>tcp/http
Uri--------------->http
url_param--------->http     
hdr--------------->http
rdp-cookie-------->tcp


#各种算法使用场景
first       #使用较少

static-rr   #做了session共享的 web 集群
roundrobin
random
leastconn   #数据库
source      #基于客户端公网 IP 的会话保持

Uri--------------->http  #缓存服务器，CDN服务商，蓝汛、百度、阿里云、腾讯
url_param--------->http  #可以实现session保持
hdr         #基于客户端请求报文头部做下一步处理
rdp-cookie  #基于Windows主机,很少使用