lvs為何不能完全替代DNS輪詢

之前的文章“一分鐘了解負(fù)載均衡的一切”引起了不少同學(xué)的關(guān)注，評論中大家爭論的比較多的一個技術(shù)點(diǎn)是接入層負(fù)載均衡技術(shù)，部分同學(xué)持這樣的觀點(diǎn)：

1）nginx前端加入lvs和keepalived可以替代“DNS輪詢”

2）F5能搞定接入層高可用、擴(kuò)展性、負(fù)載均衡，可以替代“DNS輪詢”

“DNS輪詢”究竟是不是過時的技術(shù)，是不是可以被其他方案替代，接入層架構(gòu)技術(shù)演進(jìn)，是本文將要細(xì)致討論的內(nèi)容。

一、問題域

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nginx、lvs、keepalived、f5、DNS輪詢，每每提到這些技術(shù)，往往討論的是接入層的這樣幾個問題：

1）可用性：任何一臺機(jī)器掛了，服務(wù)受不受影響

2）擴(kuò)展性：能否通過增加機(jī)器，擴(kuò)充系統(tǒng)的性能

3）反向代理+負(fù)載均衡：請求是否均勻分?jǐn)偟胶蠖说牟僮鲉卧獔?zhí)行

二、上面那些名詞都是干嘛的

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由于每個技術(shù)人的背景和知識域不同，上面那些名詞縮寫（運(yùn)維的同學(xué)再熟悉不過了），還是花1分鐘簡單說明一下（詳細(xì)請自行“百度”）：

1）nginx：一個高性能的web-server和實(shí)施反向代理的軟件

2）lvs：Linux Virtual Server，使用集群技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在linux操作系統(tǒng)層面的一個高性能、高可用、負(fù)載均衡服務(wù)器

3）keepalived：一款用來檢測服務(wù)狀態(tài)存活性的軟件，常用來做高可用

4）f5：一個高性能、高可用、負(fù)載均衡的硬件設(shè)備（聽上去和lvs功能差不多？）

5）DNS輪詢：通過在DNS-server上對一個域名設(shè)置多個ip解析，來擴(kuò)充web-server性能及實(shí)施負(fù)載均衡的技術(shù)

三、接入層技術(shù)演進(jìn)

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【裸奔時代（0）單機(jī)架構(gòu)】

裸奔時代的架構(gòu)圖如上：

1）瀏覽器通過DNS-server，域名解析到ip

2）瀏覽器通過ip訪問web-server

缺點(diǎn)：

1）非高可用，web-server掛了整個系統(tǒng)就掛了

2）擴(kuò)展性差，當(dāng)吞吐量達(dá)到web-server上限時，無法擴(kuò)容

注：單機(jī)不涉及負(fù)載均衡的問題

【簡易擴(kuò)容方案（1）DNS輪詢】

假設(shè)tomcat的吞吐量是1000次每秒，當(dāng)系統(tǒng)總吞吐量達(dá)到3000時，如何擴(kuò)容是首先要解決的問題，DNS輪詢是一個很容易想到的方案：

此時的架構(gòu)圖如上：

1）多部署幾份web-server，1個tomcat抗1000，部署3個tomcat就能抗3000

2）在DNS-server層面，域名每次解析到不同的ip

優(yōu)點(diǎn)：

1）零成本：在DNS-server上多配幾個ip即可，功能也不收費(fèi)

2）部署簡單：多部署幾個web-server即可，原系統(tǒng)架構(gòu)不需要做任何改造

3）負(fù)載均衡：變成了多機(jī)，但負(fù)載基本是均衡的

缺點(diǎn)：

1）非高可用：DNS-server只負(fù)責(zé)域名解析ip，這個ip對應(yīng)的服務(wù)是否可用，DNS-server是不保證的，假設(shè)有一個web-server掛了，部分服務(wù)會受到影響

2）擴(kuò)容非實(shí)時：DNS解析有一個生效周期

3）暴露了太多的外網(wǎng)ip

【簡易擴(kuò)容方案（2）nginx】

tomcat的性能較差，但nginx作為反向代理的性能就強(qiáng)多了，假設(shè)線上跑到1w，就比tomcat高了10倍，可以利用這個特性來做擴(kuò)容：

此時的架構(gòu)圖如上：

1）站點(diǎn)層與瀏覽器層之間加入了一個反向代理層，利用高性能的nginx來做反向代理

2）nginx將http請求分發(fā)給后端多個web-server

優(yōu)點(diǎn)：

1）DNS-server不需要動

2）負(fù)載均衡：通過nginx來保證

3）只暴露一個外網(wǎng)ip，nginx->tomcat之間使用內(nèi)網(wǎng)訪問

4）擴(kuò)容實(shí)時：nginx內(nèi)部可控，隨時增加web-server隨時實(shí)時擴(kuò)容

5）能夠保證站點(diǎn)層的可用性：任何一臺tomcat掛了，nginx可以將流量遷移到其他tomcat

缺點(diǎn)：

1）時延增加+架構(gòu)更復(fù)雜了：中間多加了一個反向代理層

2）反向代理層成了單點(diǎn)，非高可用：tomcat掛了不影響服務(wù)，nginx掛了怎么辦？

【高可用方案（3）keepalived】

為了解決高可用的問題，keepalived出場了（之前的文章“使用shadow-master保證系統(tǒng)可用性”詳細(xì)介紹過）：

此時：

1）做兩臺nginx組成一個集群，分別部署上keepalived，設(shè)置成相同的虛IP，保證nginx的高可用

2）當(dāng)一臺nginx掛了，keepalived能夠探測到，并將流量自動遷移到另一臺nginx上，整個過程對調(diào)用方透明

優(yōu)點(diǎn)：

1）解決了高可用的問題

缺點(diǎn)：

1）資源利用率只有50%

2）nginx仍然是接入單點(diǎn)，如果接入吞吐量超過的nginx的性能上限怎么辦，例如qps達(dá)到了50000咧？

【scale up擴(kuò)容方案（4）lvs/f5】

nginx畢竟是軟件，性能比tomcat好，但總有個上限，超出了上限，還是扛不住。

lvs就不一樣了，它實(shí)施在操作系統(tǒng)層面；f5的性能又更好了，它實(shí)施在硬件層面；它們性能比nginx好很多，例如每秒可以抗10w，這樣可以利用他們來擴(kuò)容，常見的架構(gòu)圖如下：

此時：

1）如果通過nginx可以擴(kuò)展多個tomcat一樣，可以通過lvs來擴(kuò)展多個nginx

2）通過keepalived+VIP的方案可以保證可用性

99.9999%的公司到這一步基本就能解決接入層高可用、擴(kuò)展性、負(fù)載均衡的問題。

這就完美了嘛？還有潛在問題么？

好吧，不管是使用lvs還是f5，這些都是scale up的方案，根本上，lvs/f5還是會有性能上限，假設(shè)每秒能處理10w的請求，一天也只能處理80億的請求（10w秒吞吐量*8w秒），那萬一系統(tǒng)的日PV超過80億怎么辦呢？（好吧，沒幾個公司要考慮這個問題）

【scale out擴(kuò)容方案（5）DNS輪詢】

如之前文章所述，水平擴(kuò)展，才是解決性能問題的根本方案，能夠通過加機(jī)器擴(kuò)充性能的方案才具備最好的擴(kuò)展性。

facebook，google，baidu的PV是不是超過80億呢，它們的域名只對應(yīng)一個ip么，終點(diǎn)又是起點(diǎn)，還是得通過DNS輪詢來進(jìn)行擴(kuò)容：

此時：

1）通過DNS輪詢來線性擴(kuò)展入口lvs層的性能

2）通過keepalived來保證高可用

3）通過lvs來擴(kuò)展多個nginx

4）通過nginx來做負(fù)載均衡，業(yè)務(wù)七層路由

四、結(jié)論

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聊了這么多，稍微做一個簡要的總結(jié)：

1）接入層架構(gòu)要考慮的問題域?yàn)?/strong>：高可用、擴(kuò)展性、反向代理+擴(kuò)展均衡

2）nginx、keepalived、lvs、f5可以很好的解決高可用、擴(kuò)展性、反向代理+擴(kuò)展均衡的問題

3）水平擴(kuò)展scale out是解決擴(kuò)展性問題的根本方案，DNS輪詢是不能完全被nginx/lvs/f5所替代的