背景描述
如下圖所示,負載均衡做為反向代理,將請求方的請求轉發至後端的服務節點,實現服務的請求。
在nginx中可以通過upstream配置server時,設定weight表示對應server的權重。
若存在多個服務節點時,負載均衡如何通過服務節點的權重進行轉發。
如下詳細說明權重轉發演算法的實現。
用三個後端服務節點為例說明
設定三個後端服務ServerA,ServerB和ServerC,它們的權重分佈是 5,3,1
按照加權負載均衡演算法,在一輪(5+3+1=9次)中ServerA佔5次,ServerB佔3次,ServerC佔1次,從而實現均衡。
如下圖所示:
為了實現這個功能,可以給每一個後端設定對應的權重5,3,1
變數1:後端服務的權重 Weight
變數2:均衡器累計的總的有效權重 EffectiveWeight
變數3:實時統計後端服務的當前權重 CurrentWeight
演算法設計
第一步,向均衡器中增加後端服務標識
- 將三個後端服務標識和權重Weight增加到負載均衡器列表中。
- 每次增加後端服務時,累計總的有效權重EffectiveWeight。
第二步,每次獲取一個後端服務標識
- 對均衡器中的所有後端服務增加自己的權重Weight,即(5,3,1),計算ABC三個服務的當前權重。
- 選擇當前權重CurrentWeight最大的服務,做為本次期望的後端服務。
- 將期望的後端服務的當前權重CurrentWeight減小總的權重EffectiveWeight,供下一輪使用。
如下是一個一輪(5+3+1=9次)獲取的權重變化表:
從這個表中可以看到後端服務輪詢的順序是 A B A C A B A B A,其中A出現了5次,B出現了3次,C出現了1次,滿足三個服務的權重Weight設定。
完成9次獲取後,ABC三個服務的權重都歸0,因此下一輪的9次獲取也是均衡的,
演算法實現
按照如上演算法說明,使用Golang實現這個演算法如下
package weightroundrobin import ( "fmt" "strings" ) // 每一個後端服務定義 type BackendServer struct { // 例項權重 Weight int // 當前的權重,初始為Weight currentWeight int // 後端服務名稱 ServerName string } // 通過權重實現呼叫輪詢的定義 type WeightServerRoundRobin struct { // 所有有效的權重總和 effectiveWeight int // 後端服務列表 backendServerList []*BackendServer } // 建立一個負載輪詢器 func NewWeightServerRoundRobin() *WeightServerRoundRobin { return &WeightServerRoundRobin{ effectiveWeight: 0, } } // 增加後端服務名稱和權重 func (r *WeightServerRoundRobin) AddBackendServer(backendServer *BackendServer) { r.effectiveWeight += backendServer.Weight r.backendServerList = append(r.backendServerList, backendServer) } // 更具權重獲取一個後端服務名稱 func (r *WeightServerRoundRobin) GetBackendServer() *BackendServer { var expectBackendServer *BackendServer for _, backendServer := range r.backendServerList { // 給每個後端服務增加自身權重 backendServer.currentWeight += backendServer.Weight if expectBackendServer == nil { expectBackendServer = backendServer } if backendServer.currentWeight > expectBackendServer.currentWeight { expectBackendServer = backendServer } } r.VisitBackendServerCurrentWeight() // 把選擇的後端服務權重減掉總權重 expectBackendServer.currentWeight -= r.effectiveWeight return expectBackendServer } // 列印後端服務的當前權重變化 func (r *WeightServerRoundRobin) VisitBackendServerCurrentWeight() { var serverListForLog []string for _, backendServer := range r.backendServerList { serverListForLog = append(serverListForLog, fmt.Sprintf("%v", backendServer.currentWeight)) } fmt.Printf("(%v)\n", strings.Join(serverListForLog, ", ")) }
寫一個單測進行驗證
package weightroundrobin import ( "fmt" "testing" ) func TestNewWeightServerRoundRobin(t *testing.T) { weightServerRoundRobin := NewWeightServerRoundRobin() weightServerRoundRobin.AddBackendServer(&BackendServer{ ServerName: "ServerA", Weight: 5, }) weightServerRoundRobin.AddBackendServer(&BackendServer{ ServerName: "ServerB", Weight: 3, }) weightServerRoundRobin.AddBackendServer(&BackendServer{ ServerName: "ServerC", Weight: 1, }) expectServerNameList := []string{ "ServerA", "ServerB", "ServerA", "ServerC", "ServerA", "ServerB", "ServerA", "ServerB", "ServerA", //"ServerA", "ServerB", "ServerA", "ServerC", "ServerA", "ServerB", "ServerA", "ServerB", "ServerA", } fmt.Printf("(A, B, C)\n") for ii, expectServerName := range expectServerNameList { weightServerRoundRobin.VisitBackendServerCurrentWeight() backendServer := weightServerRoundRobin.GetBackendServer() if backendServer.ServerName != expectServerName { t.Errorf("%v.%v.expect:%v, actual:%v", t.Name(), ii, expectServerName, backendServer.ServerName) return } } }
執行單元測試,觀察執行結果是否符合演算法設計的預期
=== RUN TestNewWeightServerRoundRobin (A, B, C) (0, 0, 0) (5, 3, 1) (-4, 3, 1) (1, 6, 2) (1, -3, 2) (6, 0, 3) (-3, 0, 3) (2, 3, 4) (2, 3, -5) (7, 6, -4) (-2, 6, -4) (3, 9, -3) (3, 0, -3) (8, 3, -2) (-1, 3, -2) (4, 6, -1) (4, -3, -1) (9, 0, 0) --- PASS: TestNewWeightServerRoundRobin (0.00s) PASS
參考材料:
https://github.com/phusion/nginx/commit/27e94984486058d73157038f7950a0a36ecc6e35
done.
祝玩的開心~