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HAProxy从零开始到掌握

2017-02-20  本文已影响10575人  kelgon

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HAProxy是什么

HAProxy是一个免费的负载均衡软件，可以运行于大部分主流的Linux操作系统上。

HAProxy提供了L4(TCP)和L7(HTTP)两种负载均衡能力，具备丰富的功能。HAProxy的社区非常活跃，版本更新快速（最新稳定版1.7.2于2017/01/13推出）。最关键的是，HAProxy具备媲美商用负载均衡器的性能和稳定性。

因为HAProxy的上述优点，它当前不仅仅是免费负载均衡软件的首选，更几乎成为了唯一选择。

HAProxy的核心能力和关键特性

HAProxy的核心功能

HAProxy的关键特性

性能

稳定性

作为建议以单进程模式运行的程序，HAProxy对稳定性的要求是十分严苛的。按照作者的说法，HAProxy在13年间从未出现过一个会导致其崩溃的BUG，HAProxy一旦成功启动，除非操作系统或硬件故障，否则就不会崩溃（我觉得可能多少还是有夸大的成分）。

在上文中提到过，HAProxy的大部分工作都是在操作系统内核完成的，所以HAProxy的稳定性主要依赖于操作系统，作者建议使用2.6或3.x的Linux内核，对sysctls参数进行精细的优化，并且确保主机有足够的内存。这样HAProxy就能够持续满负载稳定运行数年之久。

个人的建议：

net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
net.ipv4.ip_local_port_range = 1024 65023
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 10240
net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 400000
net.ipv4.tcp_max_orphans = 60000
net.ipv4.tcp_synack_retries = 3
net.core.somaxconn = 10000

HAProxy的安装和运行

下面介绍在CentOS7中安装和运行HAProxy最新稳定版(1.7.2)的方法

安装

  1. 为HAProxy创建用户和用户组，此例中用户和用户组都是"ha"。注意，如果想要让HAProxy监听1024以下的端口，则需要以root用户来启动

  2. 下载并解压

wget http://www.haproxy.org/download/1.7/src/haproxy-1.7.2.tar.gz
tar -xzf haproxy-1.7.2.tar.gz
  1. 编译并安装
make PREFIX=/home/ha/haproxy TARGET=linux2628
make install PREFIX=/home/ha/haproxy

PREFIX为指定的安装路径，TARGET则根据当前操作系统内核版本指定：

- linux22     for Linux 2.2
- linux24     for Linux 2.4 and above (default)
- linux24e    for Linux 2.4 with support for a working epoll (> 0.21)
- linux26     for Linux 2.6 and above
- linux2628   for Linux 2.6.28, 3.x, and above (enables splice and tproxy)

此例中，我们的操作系统内核版本为3.10.0，所以TARGET指定为linux2628

  1. 创建HAProxy配置文件
mkdir -p /home/ha/haproxy/conf
vi /home/ha/haproxy/conf/haproxy.cfg

我们先创建一个最简单配置文件：

global #全局属性
    daemon  #以daemon方式在后台运行
    maxconn 256  #最大同时256连接
    pidfile /home/ha/haproxy/conf/haproxy.pid  #指定保存HAProxy进程号的文件

defaults #默认参数
    mode http  #http模式
    timeout connect 5000ms  #连接server端超时5s
    timeout client 50000ms  #客户端响应超时50s
    timeout server 50000ms  #server端响应超时50s

frontend http-in #前端服务http-in
    bind *:8080  #监听8080端口
    default_backend servers  #请求转发至名为"servers"的后端服务

backend servers #后端服务servers
    server server1 127.0.0.1:8000 maxconn 32  #backend servers中只有一个后端服务，名字叫server1，起在本机的8000端口，HAProxy同时最多向这个服务发起32个连接

更加详细的配置会在后面章节中进行说明
注意：HAProxy要求系统的ulimit -n参数大于[maxconn*2+18]，在设置较大的maxconn时，注意检查并修改ulimit -n参数

  1. 将HAProxy注册为系统服务

在/etc/init.d目录下添加HAProxy服务的启停脚本：

vi /etc/init.d/haproxy

#! /bin/sh
set -e

PATH=/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/home/ha/haproxy/sbin
PROGDIR=/home/ha/haproxy
PROGNAME=haproxy
DAEMON=$PROGDIR/sbin/$PROGNAME
CONFIG=$PROGDIR/conf/$PROGNAME.cfg
PIDFILE=$PROGDIR/conf/$PROGNAME.pid
DESC="HAProxy daemon"
SCRIPTNAME=/etc/init.d/$PROGNAME

# Gracefully exit if the package has been removed.
test -x $DAEMON || exit 0

start()
{
       echo -e "Starting $DESC: $PROGNAME\n"
       $DAEMON -f $CONFIG
       echo "."
}

stop()
{
       echo -e "Stopping $DESC: $PROGNAME\n"
       haproxy_pid="$(cat $PIDFILE)"
       kill $haproxy_pid
       echo "."
}

restart()
{
       echo -e "Restarting $DESC: $PROGNAME\n"
       $DAEMON -f $CONFIG -p $PIDFILE -sf $(cat $PIDFILE)
       echo "."
}

case "$1" in
 start)
       start
       ;;
 stop)
       stop
       ;;
 restart)
       restart
       ;;
 *)
       echo "Usage: $SCRIPTNAME {start|stop|restart}" >&2
       exit 1
       ;;
esac

exit 0

运行

启动、停止和重启：

service haproxy start
service haproxy stop
service haproxy restart

添加日志

HAProxy不会直接输出文件日志，所以我们要借助Linux的rsyslog来让HAProxy输出日志

  1. 修改haproxy.cfg

在global域和defaults域中添加：

global
    ...
    log 127.0.0.1 local0 info
    log 127.0.0.1 local1 warning
    ...

defaults
    ...
    log global
    ...

意思是将info级（及以上）的日志推送到rsyslog的local0接口，将warn级（及以上）的日志推送到rsyslog的local1接口，并且所有frontend都默认使用global中的日志配置。

注：info级的日志会打印HAProxy处理的每一条请求，会占用很大的磁盘空间，在生产环境中，建议将日志级别调整为notice

  1. 为rsyslog添加haproxy日志的配置
vi /etc/rsyslog.d/haproxy.conf

$ModLoad imudp
$UDPServerRun 514
$FileCreateMode 0644  #日志文件的权限
$FileOwner ha  #日志文件的owner
local0.*     /var/log/haproxy.log  #local0接口对应的日志输出文件
local1.*     /var/log/haproxy_warn.log  #local1接口对应的日志输出文件
  1. 修改rsyslog的启动参数
vi /etc/sysconfig/rsyslog

# Options for rsyslogd
# Syslogd options are deprecated since rsyslog v3.
# If you want to use them, switch to compatibility mode 2 by "-c 2"
# See rsyslogd(8) for more details
SYSLOGD_OPTIONS="-c 2 -r -m 0"
  1. 重启rsyslog和HAProxy
service rsyslog restart
service haproxy restart

此时就应该能在/var/log目录下看到haproxy的日志文件了

  1. 用logrotate进行日志切分

通过rsyslog输出的日志是不会进行切分的，所以需要依靠Linux提供的logrotate来进行切分工作

使用root用户，创建haproxy日志切分配置文件：

mkdir /root/logrotate
vi /root/logrotate/haproxy

/var/log/haproxy.log /var/log/haproxy_warn.log {  #切分的两个文件名
    daily        #按天切分
    rotate 7     #保留7份
    create 0644 ha ha  #创建新文件的权限、用户、用户组
    compress     #压缩旧日志
    delaycompress  #延迟一天压缩
    missingok    #忽略文件不存在的错误
    dateext      #旧日志加上日志后缀
    sharedscripts  #切分后的重启脚本只运行一次
    postrotate   #切分后运行脚本重载rsyslog，让rsyslog向新的日志文件中输出日志
      /bin/kill -HUP $(/bin/cat /var/run/syslogd.pid 2>/dev/null) &>/dev/null
    endscript
}

并配置在crontab中运行：

0 0 * * * /usr/sbin/logrotate /root/logrotate/haproxy

使用HAProxy搭建L7负载均衡器

总体方案

本节中，我们将使用HAProxy搭建一个L7负载均衡器，应用如下功能

架构如下：

1.png

架构中共有6个后端服务，划分为3组，每组中2个服务：

搭建

  1. 搭建后端服务

部署6个后端服务，可以使用任意的Web服务，如Nginx、Apache HTTPD、Tomcat、Jetty等，具体Web服务的安装过程省略。

此例中，我们在192.168.8.111和192.168.8.112两台主机上分别安装了3个Nginx：

ms1.srv1 - 192.168.8.111:8080
ms1.srv2 - 192.168.8.112:8080
ms2.srv1 - 192.168.8.111:8081
ms2.srv2 - 192.168.8.112:8081
def.srv1 - 192.168.8.111:8082
def.srv2 - 192.168.8.112:8082

在这6个Nginx服务分别部署健康检查页面healthCheck.html，页面内容任意。确保通过http://ip:port/healthCheck.html可以访问到这个页面

接下来在6个Nginx服务中部署服务页面：

在第一组中部署ms1/demo.html
在第二组中部署ms2/demo.html
在第三组中部署def/demo.html

demo.html的内容，以部署在192.168.8.111:8080上的为例：

Hello! This is ms1.srv1!

部署在192.168.8.112:8080上的就应该是

Hello! This is ms1.srv2!

以此类推

  1. 搭建HAProxy

在192.168.8.110主机安装HAProxy
HAProxy的安装和配置步骤如上一章中描述，此处略去

HAProxy配置文件：

global
    daemon
    maxconn 30000   #ulimit -n至少为60018
    user ha
    pidfile /home/ha/haproxy/conf/haproxy.pid
    log 127.0.0.1 local0 info
    log 127.0.0.1 local1 warning

defaults
    mode http
    log global
    option http-keep-alive   #使用keepAlive连接
    option forwardfor        #记录客户端IP在X-Forwarded-For头域中
    option httplog           #开启httplog，HAProxy会记录更丰富的请求信息
    timeout connect 5000ms
    timeout client 10000ms
    timeout server 50000ms
    timeout http-request 20000ms    #从连接创建开始到从客户端读取完整HTTP请求的超时时间，用于避免类DoS攻击
    option httpchk GET /healthCheck.html    #定义默认的健康检查策略

frontend http-in
    bind *:9001
    maxconn 30000                    #定义此端口上的maxconn
    acl url_ms1 path_beg -i /ms1/    #定义ACL，当uri以/ms1/开头时，ACL[url_ms1]为true
    acl url_ms2 path_beg -i /ms2/    #同上，url_ms2
    use_backend ms1 if url_ms1       #当[url_ms1]为true时，定向到后端服务群ms1中
    use_backend ms2 if url_ms2       #当[url_ms2]为true时，定向到后端服务群ms2中
    default_backend default_servers  #其他情况时，定向到后端服务群default_servers中

backend ms1    #定义后端服务群ms1
    balance roundrobin    #使用RR负载均衡算法
    cookie HA_STICKY_ms1 insert indirect nocache    #会话保持策略，insert名为"HA_STICKY_ms1"的cookie
    #定义后端server[ms1.srv1]，请求定向到该server时会在响应中写入cookie值[ms1.srv1]
    #针对此server的maxconn设置为300
    #应用默认健康检查策略，健康检查间隔和超时时间为2000ms，两次成功视为节点UP，三次失败视为节点DOWN
    server ms1.srv1 192.168.8.111:8080 cookie ms1.srv1 maxconn 300 check inter 2000ms rise 2 fall 3
    #同上，inter 2000ms rise 2 fall 3是默认值，可以省略
    server ms1.srv2 192.168.8.112:8080 cookie ms1.srv2 maxconn 300 check

backend ms2    #定义后端服务群ms2
    balance roundrobin
    cookie HA_STICKY_ms2 insert indirect nocache
    server ms2.srv1 192.168.8.111:8081 cookie ms2.srv1 maxconn 300 check
    server ms2.srv2 192.168.8.112:8081 cookie ms2.srv2 maxconn 300 check

backend default_servers    #定义后端服务群default_servers
    balance roundrobin
    cookie HA_STICKY_def insert indirect nocache
    server def.srv1 192.168.8.111:8082 cookie def.srv1 maxconn 300 check
    server def.srv2 192.168.8.112:8082 cookie def.srv2 maxconn 300 check

listen stats    #定义监控页面
    bind *:1080                   #绑定端口1080
    stats refresh 30s             #每30秒更新监控数据
    stats uri /stats              #访问监控页面的uri
    stats realm HAProxy\ Stats    #监控页面的认证提示
    stats auth admin:admin        #监控页面的用户名和密码

修改完成后，启动HAProxy

service haproxy start

测试

首先，访问一下监控页面http://192.168.8.110:1080/stats 并按提示输入用户名密码

接下来就能看到监控页面：

2.png

监控页面中列出了我们配置的所有frontend和backend服务，以及它们的详细指标。如连接数，队列情况，session rate，流量，后端服务的健康状态等等

接下来，我们一一测试在HAProxy中配置的功能

  1. 健康检查

从监控页面中就可以直接看出健康检查配置的是否正确，上图中可以看到，backend ms1、ms2、default_servers下属的6个后端服务的Status都是20h28m UP，代表健康状态已持续了20小时28分钟，而LastChk显示L7OK/200 in 1ms则代表在1ms前进行了L7的健康检查（即HTTP请求方式的健康检查），返回码为200

此时我们将ms1.srv1中的healthCheck.html改名

mv healthCheck.html healthCheck.html.bak

然后再去看监控页面：

3.png

ms1.srv1的状态变成了2s DOWN，LastChk则是L7STS/404 in 2ms，代表上次健康检查返回了404
再恢复healthCheck.html，很快就能看到ms1.srv1重新恢复到UP状态

  1. 通过URI前缀转发请求

访问http://192.168.8.110:9001/ms1/demo.html ：

4.png

可以看到成功定向到了ms1.srv1上

访问http://192.168.8.110:9001/ms2/demo.html :

5.png

访问http://192.168.8.110:9001/def/demo.html :

6.png

3） 负载均衡和会话保持策略

在分别访问过ms1/demo.html, ms2/demo.html, m3/demo.html后，查看一下浏览器的Cookie：


7.png

可以看到HAProxy已经回写了三个用于会话保持的cookie，此时反复刷新这三个页面，会发现总是被定向到*.srv1上

接下来我们删除HA_STICKY_ms1这条cookie，然后再访问ms1/demo.html，会看到：

8.png

同时也被新写入了一条Cookie：

9.png

如果发现仍然被定位到ms1.srv1，同时也没有写入新的HA_STICKY_ms1 Cookie，那么可能是浏览器缓存了ms1/demo.html页面，请求并没有到达HAProxy。F5刷新一下应该就可以了。

使用HAProxy搭建L4负载均衡器

HAProxy作为L4负载均衡器工作时，不会去解析任何与HTTP协议相关的内容，只在传输层对数据包进行处理。也就是说，以L4模式运行的HAProxy，无法实现根据URL向不同后端转发、通过cookie实现会话保持等功能。

同时，在L4模式下工作的HAProxy也无法提供监控页面。

但作为L4负载均衡器的HAProxy能够提供更高的性能，适合于基于套接字的服务（如数据库、消息队列、RPC、邮件服务、Redis等），或不需要逻辑规则判断，并已实现了会话共享的HTTP服务。

总体方案

本例中，我们使用HAProxy以L4方式来代理两个HTTP服务，不提供会话保持。

global
    daemon
    maxconn 30000   #ulimit -n至少为60018
    user ha
    pidfile /home/ha/haproxy/conf/haproxy.pid
    log 127.0.0.1 local0 info
    log 127.0.0.1 local1 warning

defaults
    mode tcp
    log global
    option tcplog            #开启tcplog
    timeout connect 5000ms
    timeout client 10000ms
    timeout server 10000ms   #TCP模式下，应将timeout client和timeout server设置为一样的值，以防止出现问题
    option httpchk GET /healthCheck.html    #定义默认的健康检查策略

frontend http-in
    bind *:9002
    maxconn 30000                    #定义此端口上的maxconn
    default_backend default_servers  #请求定向至后端服务群default_servers

backend default_servers    #定义后端服务群default_servers
    balance roundrobin
    server def.srv1 192.168.8.111:8082 maxconn 300 check
    server def.srv2 192.168.8.112:8082 maxconn 300 check

L4模式下的会话保持

虽然TCP模式下的HAProxy无法通过HTTP Cookie实现会话保持，但可以很方便的实现基于客户端IP的会话保持。只需将

    balance roundrobin

改为

    balance source

此外，HAProxy提供了强大的stick-table功能，HAProxy可以从传输层的数据包中采样出大量的属性，并将这些属性作为会话保持的策略写入stick-table中。
本文中不对stick-table进行深入探讨，如需要了解，可参考官方文档configuration.html#4-stick-table

HAProxy关键配置详解

总览

HAProxy的配置文件共有5个域

global域的关键配置

frontend域的关键配置

backend域的关键配置

check：指定此参数时，HAProxy将会对此server执行健康检查，检查方法在option httpchk中配置。同时还可以在check后指定inter, rise, fall三个参数，分别代表健康检查的周期、连续几次成功认为server UP，连续几次失败认为server DOWN，默认值是inter 2000ms rise 2 fall 3
cookie [value]：用于配合基于cookie的会话保持，如cookie ms1.srv1代表交由此server处理的请求会在响应中写入值为ms1.srv1的cookie（具体的cookie名则在backend域中的cookie设置中指定）
maxconn：指HAProxy最多同时向此server发起的连接数，当连接数到达maxconn后，向此server发起的新连接会进入等待队列。默认为0，即无限
maxqueue：等待队列的长度，当队列已满后，后续请求将会发至此backend下的其他server，默认为0，即无限
weight：server的权重，0-256，权重越大，分给这个server的请求就越多。weight为0的server将不会被分配任何新的连接。所有server默认weight为1

default域

上文所属的frontend和backend域关键配置中，除acl、bind、http-request、http-response、use_backend外，其余的均可以配置在default域中。default域中配置了的项目，如果在frontend或backend域中没有配置，将会使用default域中的配置。

listen域

listen域是frontend域和backend域的组合，frontend域和backend域中所有的配置都可以配置在listen域下

官方配置文档

HAProxy的配置项非常多，支持非常丰富的功能，上文只列出了作为L7负载均衡器使用HAProxy时的一些关键参数。完整的参数说明请参见官方文档 configuration.html

使用Keepalived实现HAProxy高可用

尽管HAProxy非常稳定，但仍然无法规避操作系统故障、主机硬件故障、网络故障甚至断电带来的风险。所以必须对HAProxy实施高可用方案。

下文将介绍利用Keepalived实现的HAProxy热备方案。即两台主机上的两个HAProxy实例同时在线，其中权重较高的实例为MASTER，MASTER出现问题时，另一台实例自动接管所有流量。

原理

在两台HAProxy的主机上分别运行着一个Keepalived实例，这两个Keepalived争抢同一个虚IP地址，两个HAProxy也尝试去绑定这同一个虚IP地址上的端口。
显然，同时只能有一个Keepalived抢到这个虚IP，抢到了这个虚IP的Keepalived主机上的HAProxy便是当前的MASTER。
Keepalived内部维护一个权重值，权重值最高的Keepalived实例能够抢到虚IP。同时Keepalived会定期check本主机上的HAProxy状态，状态OK时权重值增加。

搭建HAProxy主备集群

  1. 环境准备

在两台物理机上安装并配置HAProxy，本例中，将在192.168.8.110和192.168.8.111两台主机上上安装两套完全一样的HAProxy，具体步骤省略，请参考“使用HAProxy搭建L7负载均衡器”一节。

  1. 安装Keepalived

下载，解压，编译，安装：

wget http://www.keepalived.org/software/keepalived-1.2.19.tar.gz
tar -xzf keepalived-1.2.19.tar.gz
./configure --prefix=/usr/local/keepalived
make
make install

注册为系统服务：

cp /usr/local/keepalived/sbin/keepalived /usr/sbin/
cp /usr/local/keepalived/etc/sysconfig/keepalived /etc/sysconfig/
cp /usr/local/keepalived/etc/rc.d/init.d/keepalived /etc/init.d/
chmod +x /etc/init.d/keepalived

注意：Keepalived需要使用root用户进行安装和配置

  1. 配置Keepalived

创建并编辑配置文件

mkdir -p /etc/keepalived/
cp /usr/local/keepalived/etc/keepalived/keepalived.conf /etc/keepalived/
vi /etc/keepalived/keepalived.conf

配置文件内容：

global_defs {
    router_id LVS_DEVEL  #虚拟路由名称
}

#HAProxy健康检查配置
vrrp_script chk_haproxy {
    script "killall -0 haproxy"  #使用killall -0检查haproxy实例是否存在，性能高于ps命令
    interval 2   #脚本运行周期
    weight 2   #每次检查的加权权重值
}

#虚拟路由配置
vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER           #本机实例状态，MASTER/BACKUP，备机配置文件中请写BACKUP
    interface enp0s25      #本机网卡名称，使用ifconfig命令查看
    virtual_router_id 51   #虚拟路由编号，主备机保持一致
    priority 101           #本机初始权重，备机请填写小于主机的值（例如100）
    advert_int 1           #争抢虚地址的周期，秒
    virtual_ipaddress {
        192.168.8.201      #虚地址IP，主备机保持一致
    }
    track_script {
        chk_haproxy        #对应的健康检查配置
    }
}

如果主机没有killall命令，则需要安装psmisc包：

yum intall psmisc
  1. 分别启动两个Keepalived
service keepalived start

验证

启动后，先分别在两台主机查看虚IP 192.168.8.201由谁持有，执行命令：

ip addr sh enp0s25   （将enp0s25替换成主机的网卡名）

持有虚IP的主机输出会是这样的：

10.png

另一台主机输出则是这样的：

11.png

如果你先启动备机的Keepalived，那么很有可能虚IP会被备机抢到，因为备机的权重配置只比主机低1，只要执行一次健康检查就能把权重提高到102，高于主机的101。

此时访问http://192.168.8.201:9001/ms1/demo.html ，可以看到我们先前部署的网页。

此时，检查/var/log/haproxy.log，能看到此请求落在了抢到了虚IP的主机上。

接下来，我们停掉当前MASTER主机的HAProxy实例（或者Keepalive实例，效果一样）

service haproxy stop

再次访问http://192.168.8.201:9001/ms1/demo.html ，并查看备机的/var/log/haproxy.log，会看到此请求落在了备机上，主备自动切换成功。

也可以再次执行ip addr sh enp0s25命令，会看到虚IP被备机抢去了。

在/var/log/message中，也能够看到keepalived输出的切换日志：

12.png

End

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