如何優(yōu)雅的在 Docker 中運行高性能負載均衡器 HAProxy
您可以將 HAProxy 作為 Docker 容器運行嗎？是的！這還需要問嗎？如今 Docker 無處不在，您會發(fā)現(xiàn)許多應(yīng)用程序都已被 Docker 化；HAProxy 負載均衡器也不例外，但 HAProxy 就是為此而生的。作為在 Linux 上運行的獨立服務(wù)，將其移植到 Docker 似乎很自然。
為什么要在 Docker 容器內(nèi)運行負載均衡器？這樣做性能會有折扣么？它會引入任何安全問題嗎？
在這篇博文中，您將了解為什么要考慮在容器內(nèi)運行 HAProxy 以及可能產(chǎn)生的后果。然后你會看到如何去做。請注意，我們介紹的是如何運行 HAProxy，而不是 HAProxy Kubernetes Ingress Controller。
HAProxy Technologies 在其命名空間 haproxytech 下構(gòu)建自己的一組 Docker 鏡像。這些會定期更新最新的補丁和安全更新。我將在這篇博文中使用這些鏡像。你會在這里找到它們：
- HAProxy（Alpine Linux 基礎(chǔ)）- https://hub.docker.com/r/haproxytech/haproxy-alpine
- HAProxy (Ubuntu 基礎(chǔ)) – https://hub.docker.com/r/haproxytech/haproxy-ubuntu
- HAProxy (Debian 基礎(chǔ)) – https://hub.docker.com/r/haproxytech/haproxy-debian
我演示的命令是在 Linux 工作站上執(zhí)行的，如果您在使用 Docker Desktop for Windows 或 Docker Desktop for Mac 時也能正常工作。
1使用 Docker 的好處
您是否希望能夠運行 HAProxy 而無需編譯、安裝依賴項或以其他方式更改您的系統(tǒng)？
Docker 容器帶來了可觀的好處，其中最主要的是安裝和執(zhí)行的操作較少。Docker 允許您將容器放到主機系統(tǒng)上并立即獲得正在運行的服務(wù)——無需安裝腳本，無需安裝 C 庫。該服務(wù)完全包含在容器中，您需要做的就是啟動它，然后將 TCP 端口映射到它。當您部署一個容器時，您可以獲得運行完整的應(yīng)用程序及其運行時環(huán)境的能力，而無需將其實際安裝到主機系統(tǒng)上。
生命周期管理也變得標準化。啟動、停止和刪除容器就像調(diào)用一行 docker 命令一樣簡單。這反過來又使部署成為一個可重復(fù)和可測試的過程。它還有助于更輕松地進行軟件升級。
2使用 Docker 的性能影響
您希望您的負載均衡器運行速度快，且不會增加環(huán)境延遲。那么，問題是，在容器內(nèi)運行 HAProxy 有什么影響？
在 CPU 開銷方面，記住，與虛擬機不同，Docker 不需要在主機操作系統(tǒng)之上的虛擬化層。容器在主機的內(nèi)核上運行，基本上只是另一個進程，盡管它與主機上運行的其他進程具有更好的隔離性（它使用命名空間來實現(xiàn)這一點）。IBM 研究人員的一項研究發(fā)現(xiàn)，使用 Docker 的 CPU 開銷可以忽略不計，這應(yīng)該不足為奇。
網(wǎng)絡(luò)是另一回事。默認情況下，Docker 允許您通過創(chuàng)建到主機的橋接網(wǎng)絡(luò)來訪問在容器內(nèi)運行的服務(wù)。由于必須在容器的本地網(wǎng)絡(luò)和主機的橋接網(wǎng)絡(luò)之間發(fā)生的網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換 (NAT)，這確實會導(dǎo)致延遲。在之前引用的同一 IBM 研究中，研究人員發(fā)現(xiàn) Docker 的 NAT 將來自客戶端的 100 字節(jié)請求和來自應(yīng)用程序的 200 字節(jié)響應(yīng)的延遲從大約 35 微秒增加到 70 微秒。
另一方面，橋接網(wǎng)絡(luò)很有用，因為它們允許您將容器組隔離到容器網(wǎng)絡(luò)中，并且僅將其中一些容器暴露給主機，這對于減少主機網(wǎng)絡(luò)所需的 IP 地址數(shù)量非常方便（想想運行數(shù)百甚至數(shù)千個容器所需的 IP 數(shù)量）。如果您有興趣了解有關(guān) Docker 中網(wǎng)絡(luò)如何工作的更多信息，可以在 YouTube 上觀看 Docker 團隊提供的深入探討。
如果您需要非常低的延遲，您可以切換到使用 Docker 的主機網(wǎng)絡(luò)功能，它允許您的容器與主機共享相同的網(wǎng)絡(luò)，從而無需 NAT。再說一次，如果你想運行 Docker Swarm 或 Kubernetes，它們使用覆蓋網(wǎng)絡(luò)，對于不同的網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序，如 Project Calico 和 Cilium 有解決方案，本篇文章文章并不涉及該怎么做。
簡而言之，除非您需要非常低的延遲，否則您應(yīng)該堅持使用默認的橋接網(wǎng)絡(luò)選項。請務(wù)必對其進行測試，看看您是否達到了所需的吞吐量。
3使用 Docker 的安全考慮
您可能會擔心許多 Docker 容器以 root 身份運行他們的服務(wù)，而這個 root 用戶與主機系統(tǒng)上的 root 用戶相同。對容器突破的擔憂是合理的。HAProxy 也以 root 身份運行。但是，讓您放心：HAProxy 需要 root 訪問權(quán)限，因為它需要綁定到受限制的 TCP 端口，如 80 和 443。但是，一旦完成啟動，它就會放棄其 root 權(quán)限并以非特權(quán)用戶身份運行。
人們還會權(quán)衡容器可能是惡意的風險。這是堅持使用由 HAProxy Technologies 制作的 haproxytech Docker 鏡像的一個很好的理由。
4使用 Docker 運行 HAProxy
我們將創(chuàng)建一個 Web 應(yīng)用程序的三個實例、一個 HAProxy 實例和一個將它們連接在一起的橋接網(wǎng)絡(luò)。因此，一旦您安裝了 Docker，請使用以下命令在 Docker 中創(chuàng)建一個新的橋接網(wǎng)絡(luò)：
- $ sudo docker network create --driver=bridge mynetwork
然后使用該 docker run 命令創(chuàng)建并運行 Web 應(yīng)用程序的三個實例。在此示例中，我使用 Docker 鏡像 jmalloc/echo-server https://hub.docker.com/r/jmalloc/echo-server。這是一個簡單的 Web 應(yīng)用程序，可返回您發(fā)送給它的 HTTP 請求的詳細信息。
- $ sudo docker run -d \
- --name web1 --net mynetwork jmalloc/echo-server:latest
- $ sudo docker run -d \
- --name web2 --net mynetwork jmalloc/echo-server:latest
- $ sudo docker run -d \
- --name web3 --net mynetwork jmalloc/echo-server:latest
請注意，我們?yōu)槊總€服務(wù)分配了一個唯一名稱并將其附加到我們創(chuàng)建的橋接網(wǎng)絡(luò)。您現(xiàn)在應(yīng)該運行了三個 Web 應(yīng)用程序，您可以通過調(diào)用以下 docker ps 命令進行驗證：
- $ sudo docker ps
- CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES
- 98216bb8c5ff jmalloc/echo-server:latest "/bin/echo-server" About a minute ago Up About a minute 8080/tcp web3
- ae6accc111d9 jmalloc/echo-server:latest "/bin/echo-server" About a minute ago Up About a minute 8080/tcp web2
- 554fafbc2b3b jmalloc/echo-server:latest "/bin/echo-server" About a minute ago Up About a minute 8080/tcp web1
這些容器監(jiān)聽自己的端口 8080，但我們沒有將這些端口映射到主機，因此它們不可路由。我們將通過 HAProxy 負載均衡器將流量中繼到這些容器。接下來，讓我們在它們前面添加 HAProxy。在當前目錄中創(chuàng)建一個名為 haproxy.cfg 的文件，并在其中添加以下內(nèi)容：
- global
- stats socket /var/run/api.sock user haproxy group haproxy mode 660 level admin expose-fd listeners
- log stdout format raw local0 info
- defaults
- mode http
- timeout client 10s
- timeout connect 5s
- timeout server 10s
- timeout http-request 10s
- log global
- frontend stats
- bind *:8404
- stats enable
- stats uri /
- stats refresh 10s
- frontend myfrontend
- bind :80
- default_backend webservers
- backend webservers
- server s1 web1:8080 check
- server s2 web2:8080 check
- server s3 web3:8080 check
需要注意的幾點：
- 在該 global 部分中，該 stats socket 行啟用了 HAProxy 運行時 API，還啟用了 HAProxy 的無縫重新加載。
- 第一個前端監(jiān)聽端口 8404 并啟用 HAProxy Stats 儀表板，該儀表板顯示有關(guān)您的負載均衡器的實時統(tǒng)計信息。
- 另一個前端監(jiān)聽端口 80，并將請求分派到 Web 服務(wù)器后端中列出的三個 Web 應(yīng)用程序之一。
- 我們沒有使用每個 Web 應(yīng)用程序的 IP 地址，而是使用它們的主機名 web1、web2 和 web3。當您像我們一樣創(chuàng)建 Docker 橋接網(wǎng)絡(luò)時，您也可以使用這種基于 DNS 的路由。
接下來，創(chuàng)建并運行一個 HAProxy 容器，并通過包含-p 參數(shù)將其端口 80 映射到主機上的相同端口。還要為 HAProxy Stats 頁面映射端口 8404：
- $ sudo docker run -d \
- --name haproxy \
- --net mynetwork \
- -v $(pwd):/usr/local/etc/haproxy:ro \
- -p 80:80 \
- -p 8404:8404 \
- haproxytech/haproxy-alpine:2.4
docker ps 之后調(diào)用顯示 HAProxy 正在運行：
- $ sudo docker ps
- CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES
- d734d0ef2635 haproxytech/haproxy-alpine:2.4 "/docker-entrypoint.…" 3 seconds ago Up 2 seconds 0.0.0.0:80->80/tcp, 0.0.0.0:8404->8404/tcp haproxy
您可以通過http://localhost訪問echo-server Web 應(yīng)用程序。每個對它的請求都將由 HAProxy 進行負載平衡。此外，您可以在http://localhost:8404看到 HAProxy Stats 頁面。
如果您對 haproxy.cfg 文件進行了更改，則可以通過調(diào)用以下 docker kill 命令重新加載負載均衡器，而不會損失流量：
- $ sudo docker kill -s HUP haproxy
要刪除容器和網(wǎng)絡(luò)，運行 docker stop，docker rm 和 docker network rm 命令：
- $ sudo docker stop web1 && sudo docker rm web1
- $ sudo docker stop web2 && sudo docker rm web2
- $ sudo docker stop web3 && sudo docker rm web3
- $ sudo docker stop haproxy && sudo docker rm haproxy
- $ sudo docker network rm mynetwork
5總結(jié)
在這篇博文中，您了解了如何在 Docker 容器內(nèi)運行 HAProxy 簡化其部署和生命周期管理。Docker 提供了一種用于部署應(yīng)用程序的標準化方法，使該過程具有可重復(fù)性和可測試性。雖然運行 Docker 的 CPU 開銷可以忽略不計，但它可能會導(dǎo)致額外的網(wǎng)絡(luò)延遲，但其影響取決于您的場景和吞吐量需求。
要運行 HAProxy，只需創(chuàng)建一個 HAProxy 配置文件，然后使用 docker run 命令調(diào)用 HAProxy Docker 鏡像的名稱。HAProxy Technologies 在 Docker Hub 上提供最新的 Docker 鏡像。
