新东方的负载均衡架构探索和实践

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

Rancher1.6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：Rancher1.6全组件负载均衡设计。

一般Rancher的简单部署方案是这样的：

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RancherServerHA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RancherServer透明，那就需要使用更高级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最常用的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。

这就是我们现在最终的架构，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RancherServer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

2.1LVS-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rancherserver8080上的七层转发

Nginx2：配置nginx到rancherserver8080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rancherserver的8080端口上。

VIP配置在lo上的配置：

下面设置Nginx的Websocket转发到Rancherserver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。

2.2galera和Maxscale

以下步骤摘自新东方资深DBA傅少峰的文档。

https://mariadb.com/downloads下载并安装mariadb10.2

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

2.3server、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rancherserver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->AddHost

这样一个完整的负载均衡的Rancher就搭建完成了。

现在说最后一个话题，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Ranhceredge。

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rancherlb）

根据这个流程我们需要做以下几个配置。

3.1定义边界（rancheredgehost）

什么是边界？边界就是Ranchercluster中对外转发的中转站，边界是特殊的一个Rancherhost，边界上只跑treafik，其他什么容器都不跑，边界最好也不要接入任何存储（比如Ranchernfs），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RequiredContainerLabel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edgeHost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mydockerapp04.myxdf.com这个域名的应用发布出去。首先将mydockerapp04.myxdf.com这个域名匹配到对应的Rancherstack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*.myxdf.com。意思是所有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ranhcerlb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aliyunDNS、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。