详解Nginx服务器之负载均衡策略(6种)
如何配置负载均衡
什么是负载均衡
在计算机的世界，这就是大家耳熟能详的负载均衡（load balancing），所谓负载均衡，就是说如果一组计算机节点（或者一组进程）提供相同的（同质的）服务，那么对服务的请求就应该均匀的分摊到这些节点上。
这里的服务是广义的，可以是简单的计算，也可能是数据的读取或者存储。负载均衡也不是新事物，这种思想在多核CPU时代就有了，只不过在分布式系统中，负载均衡更是无处不在，这是分布式系统的天然特性决定的，分布式就是利用大量计算机节点完成单个计算机无法完成的计算、存储服务，既然有大量计算机节点，那么均衡的调度就非常重要。
负载均衡的意义在于，让所有节点以最小的代价、最好的状态对外提供服务，这样系统吞吐量最大，性能更高，对于用户而言请求的时间也更小。而且，负载均衡增强了系统的可靠性，最大化降低了单个节点过载、甚至crash的概率。不难想象，如果一个系统绝大部分请求都落在同一个节点上，那么这些请求响应时间都很慢，而且万一节点降级或者崩溃，那么所有请求又会转移到下一个节点，造成雪崩。
如何实现负载均衡
回答可以如下：在nginx里面配置一个upstream，然后把相关的服务器ip都配置进去。然后采用轮询的方案，然后在nginx里面的配置项里，proxy-pass指向这个upstream，这样就能实现负载均衡。
nginx的负载均衡有4种模式：
1)、轮询（默认）
每个请求按时间顺序逐一分配到不同的后端服务器，如果后端服务器down掉，能自动剔除。
2)、weight
指定轮询几率，weight和访问比率成正比，用于后端服务器性能不均的情况。
3)、ip_hash
每个请求按访问ip的hash结果分配，这样每个访客固定访问一个后端服务器，可以解决session的问题。
4)、fair ， url_hash（第三方）
按后端服务器的响应时间来分配请求，响应时间短的优先分配。
我要评论一、关于Nginx的负载均衡
在服务器集群中，Nginx起到一个代理服务器的角色（即反向代理），为了避免单独一个服务器压力过大，将来自用户的请求转发给不同的服务器。详情请查看我的另一篇博客。
二、Nginx负载均衡策略
负载均衡用于从“upstream”模块定义的后端服务器列表中选取一台服务器接受用户的请求。一个最基本的upstream模块是这样的，模块内的server是服务器列表：
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#动态服务器组upstream dynamic_zuoyu { server localhost:8080; #tomcat 7.0 server localhost:8081; #tomcat 8.0 server localhost:8082; #tomcat 8.5 server localhost:8083; #tomcat 9.0} |
在upstream模块配置完成后，要让指定的访问反向代理到服务器列表：
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#其他页面反向代理到tomcat容器location ~ .*$ { index index.jsp index.html; proxy_pass http://dynamic_zuoyu;} |
这就是最基本的负载均衡实例，但这不足以满足实际需求；目前Nginx服务器的upstream模块支持6种方式的分配：
负载均衡策略
| 轮询 | 默认方式 |
| weight | 权重方式 |
| ip_hash | 依据ip分配方式 |
| least_conn | 最少连接方式 |
| fair（第三方） | 响应时间方式 |
| url_hash（第三方） | 依据URL分配方式 |
在这里，只详细说明Nginx自带的负载均衡策略，第三方不多描述。
1、轮询
最基本的配置方法，上面的例子就是轮询的方式，它是upstream模块默认的负载均衡默认策略。每个请求会按时间顺序逐一分配到不同的后端服务器。
有如下参数：
| fail_timeout | 与max_fails结合使用。 |
| max_fails |
设置在fail_timeout参数设置的时间内最大失败次数，如果在这个时间内，所有针对该服务器的请求都失败了，那么认为该服务器会被认为是停机了，
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| fail_time | 服务器会被认为停机的时间长度,默认为10s。 |
| backup | 标记该服务器为备用服务器。当主服务器停止时，请求会被发送到它这里。 |
| down | 标记服务器永久停机了。 |
注意：
- 在轮询中，如果服务器down掉了，会自动剔除该服务器。
- 缺省配置就是轮询策略。
- 此策略适合服务器配置相当，无状态且短平快的服务使用。
2、weight
权重方式，在轮询策略的基础上指定轮询的几率。例子如下：
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#动态服务器组upstream dynamic_zuoyu { server localhost:8080 weight=2; #tomcat 7.0 server localhost:8081; #tomcat 8.0 server localhost:8082 backup; #tomcat 8.5 server localhost:8083 max_fails=3 fail_timeout=20s; #tomcat 9.0} |
在该例子中，weight参数用于指定轮询几率，weight的默认值为1,；weight的数值与访问比率成正比，比如Tomcat 7.0被访问的几率为其他服务器的两倍。
注意：
- 权重越高分配到需要处理的请求越多。
- 此策略可以与least_conn和ip_hash结合使用。
- 此策略比较适合服务器的硬件配置差别比较大的情况。
3、ip_hash
指定负载均衡器按照基于客户端IP的分配方式，这个方法确保了相同的客户端的请求一直发送到相同的服务器，以保证session会话。这样每个访客都固定访问一个后端服务器，可以解决session不能跨服务器的问题。
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#动态服务器组 upstream dynamic_zuoyu { ip_hash; #保证每个访客固定访问一个后端服务器 server localhost:8080 weight=2; #tomcat 7.0 server localhost:8081; #tomcat 8.0 server localhost:8082; #tomcat 8.5 server localhost:8083 max_fails=3 fail_timeout=20s; #tomcat 9.0 } |
注意：
- 在nginx版本1.3.1之前，不能在ip_hash中使用权重（weight）。
- ip_hash不能与backup同时使用。
- 此策略适合有状态服务，比如session。
- 当有服务器需要剔除，必须手动down掉。
4、least_conn
把请求转发给连接数较少的后端服务器。轮询算法是把请求平均的转发给各个后端，使它们的负载大致相同；但是，有些请求占用的时间很长，会导致其所在的后端负载较高。这种情况下，least_conn这种方式就可以达到更好的负载均衡效果。
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#动态服务器组upstream dynamic_zuoyu { least_conn; #把请求转发给连接数较少的后端服务器 server localhost:8080 weight=2; #tomcat 7.0 server localhost:8081; #tomcat 8.0 server localhost:8082 backup; #tomcat 8.5 server localhost:8083 max_fails=3 fail_timeout=20s; #tomcat 9.0} |
注意：
- 此负载均衡策略适合请求处理时间长短不一造成服务器过载的情况。
5、第三方策略
第三方的负载均衡策略的实现需要安装第三方插件。
①fair
按照服务器端的响应时间来分配请求，响应时间短的优先分配。
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#动态服务器组upstream dynamic_zuoyu { server localhost:8080; #tomcat 7.0 server localhost:8081; #tomcat 8.0 server localhost:8082; #tomcat 8.5 server localhost:8083; #tomcat 9.0 fair; #实现响应时间短的优先分配} |
②url_hash
按访问url的hash结果来分配请求，使每个url定向到同一个后端服务器，要配合缓存命中来使用。同一个资源多次请求，可能会到达不同的服务器上，导致不必要的多次下载，缓存命中率不高，以及一些资源时间的浪费。而使用url_hash，可以使得同一个url（也就是同一个资源请求）会到达同一台服务器，一旦缓存住了资源，再此收到请求，就可以从缓存中读取。
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#动态服务器组upstream dynamic_zuoyu { hash $request_uri; #实现每个url定向到同一个后端服务器 server localhost:8080; #tomcat 7.0 server localhost:8081; #tomcat 8.0 server localhost:8082; #tomcat 8.5 server localhost:8083; #tomcat 9.0} |
三、总结
以上便是6种负载均衡策略的实现方式，其中除了轮询和轮询权重外，都是Nginx根据不同的算法实现的。在实际运用中，需要根据不同的场景选择性运用，大都是多种策略结合使用以达到实际需求。希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持脚本之家。
