新东方的负载均衡架构探索和实践
文由4月12日晚姜江，新东方运维工程师所做的技术分享整理而成。
姜江，一名伪SRE。十余年IT运维从业经历，早年在金融行业从事linux，AIX，Oracle的运维支持，现在专注于运维自动化、容器和cloud native相关技术的研究和落地。目前就职于新东方，负责新东方容器云平台的探索和实践。
大家好！话说加入Rancher官方微信群也有三年多了，每天在群里看着大家讨论技术问题给我很多启发 。 我今天也来和大家分享一下我在rancher上的一些实践，希望能为各位的实践提供一些参考。
为了避免大家歧义，下面说的Rancher指的Rancher 1.6 上的cattle引擎。
摘要
Rancher是一个对用户很友好的产品，吸引了大批的用户和粉丝。在实际落地过程中，大家可能已经注意到Rancher组件之间的耦合存在单点。那么如何部署才能提高Rancher的可用性和可扩展性呢？Rancher在官方文档中给出了一些指导方案，用户可以根据自己的需要选择合适的方案落地。我今天和大家分享的是新东方在Rancher全组件负载均衡架构的实践，供大家在探索自己的高可用方案时做个参考。
1. Rancher的部署架构演变
Rancher 1.6是一套小巧而实用的容器管理平台，我个人认为Rancher的定位应该是容器编排引擎的后台支撑系统， 或者说是编排引擎的系统，因此Rancher1.6的架构并不是分布式架构，而是传统的C/S架构。 无数的client(agent)连接到一个中心的Server ，中心的Server连接一个数据库做持久化。这种架构就必然会涉及一个老话题，如何增强C/S之间的高可用性、可扩展性和解耦问题。我今天和大家聊内容是：Rancher 1.6 全组件负载均衡设计。
一般Rancher的简单部署方案是这样的：
一个server，一些节点 ，一个mysql数据库。从这张图上就可以发现Rancher在部署上的一些问题：
- SPOF问题，Server的单点，数据库的单点等。
- 扩展性问题，单server能带动的client数量有限。
- 强耦合问题，server 写死数据库地址，client写死server地址等等。
总结下来就是下面这个图
下面就对这个架构进行优化，我们的目标是达到Server/Client 和数据库三个组件的自由扩展，如何做到呢？ Rancher官方文档中已经给了答案，只需要在C/S 中间增加一层负载均衡方案，在数据库一侧增加高可用方案即可。
总体架构就演变为这样：
我们看到，Server一侧使用Rancher Server HA方案，将server扩展为多个。
中间增加一层负载均衡，这个负载均衡常见的私有云方案有LVS+Nginx或者F5， 在公有云中可以使用阿里云的SLB或者AWSELB等等。Rancher的数据量并不算太大，可以简单的使用Mysql的主从方案。
优化到这步已经可以满足日常工作需要了，这里大家会注意到mysql主从还是会影响server的可靠性。 一旦出现主库问题，Mysql切换的时候server肯定就down了， 切换也需要一定的时间，启动后还需要重启server等等。如果希望更进一步提高server的可靠性，或者希望数据库切换对Rancher Server透明，那就需要使用更的数据库高可用方案。
我们的DBA推荐使用Maxscale中间件+Galera 集群的方案， Galera为多主库的分布式数据方案，发生写入操作后Galera会同步数据到其他数据库中，直到同步都完成后返回完成写入操作。MaxScale是数据库中间件，它通过解析mysql协议判断读写操作，可以将读写操作分离。一旦数据库发生故障整个数据库集群的切换对外界是无感知的。
这个方案的部署图是这样的：
每个组件都介绍一下， 负载均衡采用互联网常用的LVS-DR+Nginx方案。数据库采用Galera集群做多主库的数据库复制，通过Maxscale中间件来做高可用和读写分离。
这就是我们现在终的架构， 这个架构的好处有几点：
- 可靠性大大增加， 所有组件都可以扩展，server， client，数据库和负载均衡本身。
- 每个组件的扩展并不影响其他组件，所有组件的扩展都可以在线进行。
- 配置解耦，通过域名映射的方式，server连接数据库的域名映射为maxsacle中间件的ip， client连接server的域名映射为负载均衡的Vip。
- 故障切换透明，对其他组件无感知。数据库故障，server故障都可以在线解决，解决后重新加入集群。
顺便提一下，这个架构中的数据库部分还可以进一步优化为：
MaxScale前增加一层LVS四层负载均衡（设备可复用c/s之间的负载均衡），那么这个方案就可以说是全模块无死角的负载均衡架构了。 但是我们实际实施的时候并没有采用这样的方案，考虑到 Rancher Server 和 Client断开一段时间后并不会影响主机上的容器运行。
这段时间完全可以做一些维护， 采用 Galera和Maxscale后已经大大的减少了数据库切换时间，并且实测MaxScale的稳定性很好，感觉没有必要再投入更多资源在MaxScale上。更何况加入更多的组件会使得整个系统的复杂度上升，这实际上增加了维护成本并且扩展了故障域，可靠性有可能不升反降。因此这个方案也只是停留在纸面上了。
那么说到这里大家对整体架构就有了初步认识，下面说说实现。
篇幅和时间原因，我这里只是点一下配置的要点，具体的实践过程可以关注我的工作笔记 http://jiangjiang.space
2. Rancher各个组件负载均衡的配置
2.1 LVS-DR + Nginx
LVS-DR设置：
LVS1 ： 配置keepalived，配置虚拟ip，配置到Nginx1和Nginx2的四层转发
LVS2 ： 配置keepalived，配置虚拟ip，配置到Nginx1和Nginx2的四层转发
Nginx1 ：配置nginx 到 rancher server 8080 上的七层转发
Nginx2 ：配置nginx 到 rancher server 8080 上的七层转发
A. 安装keepalived 和 ipvsadmin
LVS从2.6内核开始就已经是内核的一部分了，因此只需要安装ipvsadmin和keepalived，通过yum安装或者源码安装都可以，步骤略过。
B. 配置keepalived.conf
vi /etc/keepalived/conf/rancher.conf
C. Nginx节点配置
Nginx节点配置分为两部分：
1.虚拟IP(VIP)设置到回环设备上（lo），当接收到lvs发来的包后本机网卡才会处理这些包。
2.设置Nginx的Websocket转发到rancher server的8080端口上。
VIP配置在lo上的配置：
下面设置Nginx的Websocket转发到Rancher server的8080端口上。 安装nginx过程略过，在conf.d中增加虚拟主机配置。 vi /usr/local/nginx/conf/conf.d/rancher.conf
配置好后，直接访问 http://VIP:80 应该就可以看到Rancher控制台界面了。如果没有则是配置错误，继续调整。
参考文档： https://www.cnblogs.com/liwei0526vip/p/6370103.html https://rancher.com/docs/rancher/v1.6/en/installing-rancher/installing-server/basic-ssl-config/#example-nginxconfiguration
2.2 galera 和 Maxscale
以下步骤摘自新东方DBA傅少峰的文档。 https://mariadb.com/downloads 下载并安装mariadb 10.2
安装如下rpm包
MariaDB-client-10.2.11-1.el7.centos.x86_64
MariaDB-devel-10.2.11-1.el7.centos.x86_64
MariaDB-server-10.2.11-1.el7.centos.x86_64
MariaDB-common-10.2.11-1.el7.centos.x86_64
MariaDB-compat-10.2.11-1.el7.centos.x86_64
galera-25.3.22-1.rhel7.el7.centos.x86_64.rpm
jemalloc-3.6.0-1.el7.x86_64.rpm
jemalloc-devel-3.6.0-1.el7.x86_64.rpm
maxscale-2.1.16-1.centos.7.x86_64.rpm
maxscale-devel-2.1.16-1.centos.7.x86_64.rpm
maxscale可以复用其中一个数据库节点或者单独部署到一个机器。
mysql配置注意的地方，其他参数省略。
galera配置
执行：
建立cattle数据库和用户（连接任何一个galera实例执行）：
创建maxscale监控用户（连接任何一个galera实例执行）：
数据库准备完毕，下面是配置MaxScale。
MaxScale配置
配置文件： /etc/maxscale.cnf
启动 maxscale
参考资料： https://www.jianshu.com/p/772e17c10e08 https://rancher.com/docs/rancher/v1.6/en/installing-rancher/installing-server/#single-container-external-database https://linux.cn/article-5767-1.html#3_2234
2.3 server 、client 和 数据库的连接和设置
数据库准备好了，下面就可以启动server了。启动过程非常简单，只需要修改rancher server的启动参数如下：
逐条解释一下：
Server启动后就可以增加client了，登陆Rancher管理控制台，选择infrastructure->Hosts->Add Host
这样一个完整的负载均衡的Rancher就搭建完成了。
3 应用交付和负载均衡
现在说后一个话题，应用交付和负载均衡。 所谓应用交付说的是如何将Rancher上的一个应用公布到公网上给用户使用。为了能在前方接住大量的用户请求，一般都会统一搭建站点级别的入口负载均衡。示意图如下：
如图所示，用户请求从公网进来后，通过各路ISP接入设备到达站点边缘，连接通过各种防御设备到达入口负载均衡（LVS+Keepalived+Nginx），再由入口负载均衡统一代理到内部源站点上，这就是常见的应用交付过程。
在Rancher上的应用对接入口负载均衡一般采用Traefik， Traefik是一个容器化7层代理软件，性能接近Nginx。 之前群里也有多位大拿分享过Traefik的应用， 我这里就不重复介绍了，大家可以参考爱医康架构师张新峰的分享：《关于高可用负载均衡的探索》
我下面要讲的是 traefik与 LVS+Nginx负载均衡的对接和我对traefik的一些实践。
利用traefik交付应用的整个过程我总结为下图：
- 用户在浏览器中输入http://www.myxdf.com，通过DNS查询到这个域名对应的公网ip地址。
- 这个公网ip地址指向我们站点的入口负载均衡（LVS+Nginx），入口负载均衡收到请求后根据域名的设置，将请求转发给Rancher 上的Traefik节点，我称这些节点为Ranhcer edge。
- traefik收到请求后，根据traefik.frontend.rule将请求转给打了标记的容器（或者rancher lb）
根据这个流程我们需要做以下几个配置。
3.1 定义边界（rancher edge host）
什么是边界？ 边界就是Rancher cluster中对外转发的中转站，边界是特殊的一个Rancher host，边界上只跑treafik，其他什么容器都不跑，边界好也不要接入任何存储（比如Rancher nfs），边界需要做严格的安全加固。 当然也可以不将边界放在专门的host上，可以将边界混合到整个Rancher 集群中，这样的好处是节省计算资源，两种模式都可以。
下面介绍如何将host定义为专门的边界节点：在Ranhcer 控制台上， 打开 infrastructure ，点击Hosts中。找到作为边界的host点击Edit：
在Labels中增加label，增加这个label后traefik就会自动运行在这台host上。
在 Required Container Label 中随便增加一个lable不用给值， 我这里写的cn.xdf.edge
这个lable加入后，这个节点上就不会被调度任何其他容器了。这样一个边界节点就制作好了。
3.2 启动traefik 到 边界节点
在社区商店中找到这个可爱的小交警，启动traefik。
配置说明如下：
好了启动traefik后，容器已经在edge Host 上启动了！
登陆管理界面看看：
3.3 在traefik上发布应用服务
假设现在要把http://mydockerapp04.myxdf.com这个域名的应用发布出去。 首先将http://mydockerapp04.myxdf.com这个域名匹配到对应的Rancher stack上面去。
这个就是我们的mydockerapp04应用， 它是一些tomcat容器和一个内部lb组成的。
按照traefik的文档，只需要将label打到容器上即可，这里我的做法是增加了一个内部的lb，直接将label打在lb上。这里必须的label是：
label加入后应用就发布到traefik中了。
3.4 从站点入口负载均衡转发到Traefik
在站点入口负载均衡上做转发配置，转发到treafik边界节点。 负载均衡上所有源站都是通过80端口转发，通过设置不通的server_name来区分转发目的地。将server_name设置为*.http://myxdf.com 。意思是所有 http://myxdf.com的二级域名全部转发给traefik，这样做是为了跳过在入口负载均衡上配置明细转发规则（比如mydockerapp01转发到哪里这样的一条一条的规则），所有明细的转发规则全部交给traefik来管理。
这样做有很大的优势，我们之前也看到了traefik设置转发规则非常简单，只需要在容器或者ranhcer lb上打label即可。如果需要修改或者删除规则，也只需要修改或删除对应的label即可，管理灵活又免去了每次都要手动到入口负载均衡上刷新配置的麻烦。
Nginx配置如下：
3.5 在DNS上设置域名指向站点入口负载均衡
在DNS上添加域名指向, 这里就没有办法偷懒了，需要把所有明细域名都写上。
如果你不是公网应用，也可以使用dnsmasq或者bind 甚至 AD域的DNS 等在内网建立DNS指向，DNS指向的IP为内网LVS的vip。
Rancher里面也有修改DNS的APP，比如aliyun DNS、http://Gandi.net 等等。这些APP有的是自动添加DNS记录的，有的是根据label添加，大家有兴趣可以继续研究下。
至此， 整个转发过程就完成了。 用户已经可以通过外网访问这个应用了。
通过浏览器：打开 http://mydockerapp04.myxdf.com
当然这个域名其实并不存在，是我瞎掰的，只为了方便大家理解这个过程。那么今天的分享也就结束了，下面是提问时间。
Q&A
Q1：数据库、负载均衡、Rancher是跑在裸机还是虚拟机上？
A1：数据库，负载均衡，Rancher都是虚机， 我们站点的入口负载均衡是物理机，大家share。
Q1补充：里面的问题是不是全部跑在docker容器里面啊？
A1补充：全部在虚拟机上。
Q2：请问容器数据持久化使用的什么啊？
A2：本机volume 和Rancher nfs ，另外glusterfs 读存储是Rancher nfs ，写存储是glusterfs。
Q3：除了卷挂载方式还有其他持久化方法吗？
A3：牛小南总那里做了一套Rancher 的ceph你可以尝试一下。目前我也没找到更好的挂载卷方式。
Q4：咱们现在的集群规模有多少台主机？traefik和dns都是自动配置的吗？服务的网络模式是managed，有host模式吗？对于cpu型容器，内存型和网络传输型容器有分类管理吗？
A4：其实目前主机并不多，不到20台， 按照Rancher官方文档估计一个server应该能带动50个节点。 traefik和dns可以自动配置，需要对应你自己的环境做一些脚本。网路是rancher vxlan，内存型有，网络传输类的还没有，后期考虑。
Q5：proxysql与maxscale哪个好，MySQL数据卷是容器吗？
A5：mysql是虚机跑的，proxysql也是一个中间件，功能差不多，我们没有应用所以不好对比。
Q6：边界、数据库、LB、Rancher总共大致用了多少台主机？
A6：这里其实是给大家做的一个demo 边界两台，数据库三台，lb四台， Rancher两台。我们具体的环境就不太方便透露啦。
Q7：请问是否有将spring boot 微服务应用到Rancher上?具体是如何实践的？
A7：spring boot目前Rancher社区商店里还没有，我也在考虑是否做一个。如果你有了解也可以定制一个贡献给社区。
Q8：Rancher上的应用都是无状态的么？有状态的话，存储用的什么？性能如何？
A8：rancher适合做无状态应用。有状态的我近在搞es，直接用的本机硬盘。我们本机硬盘有ssd加速所以还好，而且es这类应用，本来就是分布式，一个两个节点出问题是有的补救的。 其他有状态应用就要小心了，我也一直在观察cattle对这些应用的调度。一般可以通过打host label 来限定实例所在主机等方式。但是总体来说有状态应用还是要小心又小心。
Q9：请问 traefik 一个域名根据项目path选择转发不同的web应用该如何配置？
A9：在traefik的文档里是有的，我没有记错的话是 traefik_path。还是具体查一下文档。
Q10：请问，如何将应用发布到集群中，可以讲个大概思路么？包括灰度，红绿。
A10：灰度和蓝绿都可以借助traefik。启动多个stack通过切换label来做。简单一些的可以考虑用service的升级功能，升级后替换镜像。
Q11：gkusterfs是直接挂Rancher client主机上么？
A11：早期glusterfs 有Rancher对应的app后来去掉了。现在我的做法就比较土了，就是直接映射子目录上去。我也没找到更好的办法，期待群里有大牛能分享下这部分。
Q12：我们都知道Java项目启动比较费时，从容器启动成功到Java项目启动成功还是有一定时间的，项目启动成功后有时候还需要一个预热的过程，否则请求打上来很容易超时。请问如何实现Java项目完全正常前不会加入到Traefik负载后端造成502？
A12：这个之前在群里有类似的讨论，也可以这样：先启动应用，label先不打，或者打到一个静态应用上显示个sorry页面之类的。 等应用完全ok了再打上去，可以配合api搞个自动化。
Q13：请问四层负载与七层负载有什么区别？
A13：简单的说，4层就是常说的tcp层面负载均衡，比如socket之类的；7层就是http等。我刚刚给出的参考文档里面有详细说明，先了解下。
Q14：请问有没有实现根据请求负载的压力自动扩缩容？
A14：目前正在搞，大家也知道现在2.0出来了，本来自动扩缩容，日志和监控都要细化的。我们项目可能1.6 、2.0都会用，后面再考虑吧。
Q15：用的cattle环境还是k8s?考虑点是什么？
A15：cattle。cattle很小巧，简约，学习成本低。因此全世界范围内有不少粉丝。cattle做无状态应用做的很ok。因此我们先搞cattle。后面也会引入k8s。
Q16：rancher中使用webhook是否可实现自动扩容？
A16：可以的，甚至可以通过zabbix做的trigger来调用webhook。网上这方面介绍挺多的。
Q17：你觉得Rancher目前哪些部分还需要完善？
A17：说说cattle。我之前还在想，是否应该给cattle加入有状态支持，现在想想cattle本来的优势就是架构简单，所以还是继续保持吧。 就做好无状态也很好。
再说说Rancher，我觉得Rancher应该在1.6中去掉 mesos。swarm/k8s等七七八八的支持，以后1.6系列改名为cattle就专心搞无状态，比如之前有嘉宾分享就用cattle做ipfs，或者就用cattle做负载均衡等等。 这样cattle其实有自己很好的定位。Rancher则踏踏实实的去做k8s的后台支持和管理，品牌定义清晰、集中资源。
Q18 ：可以通过内存或cpu监控来自动做容器的扩缩容吗？有没有什么组件可以实现？
A18：可以，webhook就ok。我之前就打算用zabbix的trigger来做，你也可以直接在你的应用里面调用Rancher api 或者webhook。这部分还没有继续深入研究，等有成果再和大家分享。
Q19：Rancher在2.0中只支持了k8s吧，cattle是不是就不支持了？
A19：我也是看群里大家讨论，cattle在2.0 beta彻底去掉了。官方继续支持一年，随后我估计就是社区支持的状态了。
Q20：文中提到“每个组件都介绍一下， 负载均衡采用互联网常用的LVS-DR+Nginx方案。数据库采用Galera集群做多主库的数据库复制，通过Maxscale中间件来做高可用和读写分离。”
请问为什么必须使用lvs+nginx，我个人感觉nginx完全可以满足需求了啊？lvs+keepalived或者nginx+keepalived就足够了，这里有什么特殊原因吗？
A20：是这样的。一开始我也是一个nginx，后来就想得给nginx做高可用，就增加了keepalived ，这个是没问题的。后来又一想以后机器多了怎么办？ 来个负载均衡吧。自然就选择了常用lvs+nginx。 lvs-dr+nginx 你可以看一下我附上的参考文档，里面介绍的很详细。希望能对你有帮助。
Q21： haproxy与nginx优劣是什么？哪个更适合生产环境？Rancher中使用的是haproxy而不是nginx，这说明haproxy更好吗？
A21： nginx目前应用为广泛，其实两者现在功能上在互相追赶，性能上也有很多对比。 这就是看你熟悉哪个了吧。 国内互联网行业大部分都是nginx， 应用广，案例多，所以我们也是nginx。
Rancher里面的haproxy我估计是这样的，因为之前nginx做4层负载均衡差一些，因此大多数厂商都选择haproxy，包括红帽的openshift里也是内嵌haproxy。我觉得还是出于功能考虑。之前群里有大牛讨论 kong traefik这些新性技术现在选择更多了，还是看自己的喜好吧。
Q22：以后Rancher2.0主用k8s，不用cattle了吗？
A22：据说不支持了。
Q23：单个Rancher Server能带多少Agent？
A23：官方文档说 8G jvm的server 一个能带 50个agent。具体我也没有测过，群里我看多有跑host很多的朋友，期待他们以后有机会分享下。
微信号：RancherLabs
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