Nginx七层负载均衡

第五章·Nginx七层负载均衡

第五章·Nginx七层负载均衡

Nginx负载均衡基本概述

为什么要使用负载均衡：

当我们的Web服务器直接面向用户，往往要承载大量并发请求，单台服务器难以负荷，我使用多台Web服务器组成集群，前端使用Nginx负载均衡，将请求分散的打到我们的后端服务器集群中，实现负载的分发。那么会大大提升系统的吞吐率、请求性能、高容灾

往往我们接触的最多的是SLB(Server Load Balance)负载均衡，实现最多的也是SLB、那么SLB它的调度节点和服务节点通常是在一个地域里面。那么它在这个小的逻辑地域里面决定了他对部分服务的实时性、响应性是非常好的。

所以说当海量用户请求过来以后，它同样是请求调度节点，调度节点将用户的请求转发给后端对应的服务节点，服务节点处理完请求后在转发给调度节点，调度节点最后响应给用户节点。这样也能实现一个均衡的作用，那么Nginx则是一个典型的SLB

负载均衡的叫法:

负载
Load Balance
LB

公有云中的叫法

阿里云:SLB
腾讯云:CLB
青云:QLB
Ucloud:ULB

负载均衡产品

软件
- nginx
- HAproxy
- LVS
硬件
- F5

四层负载均衡和七层负载均衡的区别

四层负载:

所谓四层负载均衡指的是OSI七层模型中的传输层，那么传输层Nginx已经能支持TCP/IP的控制，所以只需要对客户端的请求进行TCP/IP协议的包转发就可以实现负载均衡，那么它的好处是性能非常快、只需要底层进行应用处理，而不需要进行一些复杂的逻辑

七层负载:

七层负载均衡它是在应用层，那么它可以完成很多应用方面的协议请求，比如我们说的http应用的负载均衡，它可以实现http信息的改写、头信息的改写、安全应用规则控制、URL匹配规则控制、以及转发、rewrite等等的规则，所以在应用层的服务里面，我们可以做的内容就更多，那么Nginx则是一个典型的七层负载均衡SLB

区别:

四层负载均衡数据包在底层就进行了分发，而七层负载均衡数据包则是在最顶层进行分发、由此可以看出，七层负载均衡效率没有四负载均衡高。

但七层负载均衡更贴近于服务，如:http协议就是七层协议，我们可以用Nginx可以作会话保持，URL路径规则匹配、head头改写等等，这些是四层负载均衡无法实现的。

注意：四层负载均衡不识别域名，七层负载均衡识别域名

Nginx负载均衡配置场景

Nginx要实现负载均衡需要用到 proxy_pass 代理模块配置.

Nginx负载均衡与Nginx代理不同地方在于，Nginx的一个 location 仅能代理一台服务器，而Nginx负载均衡则是将客户端请求代理转发至一组upstream虚拟服务池.

负载均衡配置语法

Syntax: upstream name { ... }
Default: —
Context: http

upstream name {
    server xxx;
    server xxx;
}

官方案例配置

Syntax: upstream name { ... }
Default: -
Context: http
 
#upstream模块配置
模块名 后端主机池：名字（根据网站域名来起名）
upstream backend {
    server backend1.example.com       weight=5;
    server backend2.example.com:8080;
    server unix:/tmp/backend3;
    server backup1.example.com:8080   backup;
}
server {
    location / {
        proxy_pass http://backend;
    }
}

1.环境准备

角色	外网IP(NAT)	内网IP(LAN)	主机名	应用
负载均衡	eth0:10.0.0.5	eth1:172.16.1.5	lb01	nginx
web网站	eth0:10.0.0.7	eth1:172.16.1.7	web01	nginx、php
web网站	eth0:10.0.0.8	eth1:172.16.1.8	web02	nginx、php

2.web01服务器上配置nginx

[root@web01 ~]# vim /etc/nginx/conf.d/lb.lw.com.conf 
server {
    listen 9999;
    server_name lb.lw.com;
    root /code/lb;
    index index.html;
}
[root@web01 conf.d]# mkdir /code/lb
[root@web01 conf.d]# echo "web01" > /code/lb/index.html
root@web01 conf.d]# nginx -t
nginx: the configuration file /etc/nginx/nginx.conf syntax is ok
nginx: configuration file /etc/nginx/nginx.conf test is successful
[root@web01 conf.d]# systemctl reload nginx

3.web02服务器上配置nginx

[root@web02 ~]# vim /etc/nginx/conf.d/lb.lw.com.conf 
server {
    listen 9999;
    server_name lb.lw.com;
    root /code/lb;
    index index.html;
}
[root@web02 conf.d]# mkdir /code/lb
[root@web02 conf.d]# echo "web01" > /code/lb/index.html
root@web02 conf.d]# nginx -t
nginx: the configuration file /etc/nginx/nginx.conf syntax is ok
nginx: configuration file /etc/nginx/nginx.conf test is successful
[root@web02 conf.d]# systemctl reload nginx

4.域名解析

## 域名解析
10.0.0.7 lb.lw.com
#10.0.0.8 lb.lw.com

5.准备Nginx负载均衡调度使用的proxy_params

[root@Nginx ~]# vim /etc/nginx/proxy_params
proxy_set_header Host $http_host;
proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
 
proxy_connect_timeout 30;
proxy_send_timeout 60;
proxy_read_timeout 60;
 
proxy_buffering on;
proxy_buffer_size 32k;
proxy_buffers 4 128k;

6.配置Nginx负载均衡

[root@lb01 ~]# vim /etc/nginx/conf.d/lb.lw.com.conf
upstream lb.lw.com {
    server 172.16.1.7:9999;
    server 172.16.1.8:9999;
}
server {
    listen 80;
    server_name lb.lw.com;
 
    location / {
        proxy_pass http://lb.lw.com;
        include proxy_params;
    }
}
[root@lb01 conf.d]# systemctl restart nginx

负载均衡常见典型故障

如果后台服务连接超时，Nginx是本身是有机制的，如果出现一个节点down掉的时候，Nginx会更据你具体负载均衡的设置，将请求转移到其他的节点上，但是，如果后台服务连接没有down掉，但是返回错误异常码了如:504、502、500,这个时候你需要加一个负载均衡的设置，如下：proxy_next_upstream http_500 | http_502 | http_503 | http_504 |http_404;意思是，当其中一台返回错误码404,500...等错误时，可以分配到下一台服务器程序继续处理，提高平台访问成功率

## 解决方案
### 遇到如下状态码的机器，跳过请求的下发，直接下发到其他正常的服务器
proxy_next_upstream error timeout http_500 http_502 http_503 http_504;


upstream lb.lw.com {
        server 172.16.1.7:9999;
        server 172.16.1.8:9999;
        server 172.16.1.9:9999;
}
server {
        listen 80;
        server_name lb.lw.com;
        
	    location /{
            proxy_pass http://lb.lw.com;
            proxy_next_upstream error timeout http_500 http_502 http_503 http_504;
            include proxy_params;
		}
}

负载均衡调度算法

调度算法	概述
轮询	按时间顺序逐一分配到不同的后端服务器(默认)
weight	加权轮询,weight值越大,分配到的访问几率越高
ip_hash	每个请求按访问IP的hash结果分配,这样来自同一IP的固定访问一个后端服务器
url_hash	按照访问URL的hash结果来分配请求,是每个URL定向到同一个后端服务器
least_conn	最少链接数,那个机器链接数少就分发

Nginx负载均衡[rr]轮询具体配置

upstream load_pass {
    server 10.0.0.7:80;
    server 10.0.0.8:80;
}

Nginx负载均衡[wrr]权重轮询具体配置

upstream load_pass {
    server 10.0.0.7:80 weight=5;
    server 10.0.0.8:80;
}

Nginx负载均衡ip_hash

具体配置不能和weight一起使用。

#如果客户端都走相同代理, 会导致某一台服务器连接过多
upstream load_pass {
    ip_hash;
    server 10.0.0.7:80 weight=5;
    server 10.0.0.8:80;
}

Nginx负载均衡后端状态

状态	概述
down	当前的server暂时不参与负载均衡
backup	预留的备份服务器
max_fails	允许请求失败的次数
fail_timeout	经过max_fails失败后, 服务暂停时间
max_conns	限制最大的接收连接数

1.down 状态：只是负载均衡不对该标识的服务器下发请求，后端的服务器并没有真正宕机

upstream lb.lw.com {
        server 172.16.1.7:9999;
        server 172.16.1.8:9999 down;
        server 172.16.1.9:9999;
}
server {
        listen 80;
        server_name lb.lw.com;
        
        location /{
                proxy_pass http://lb.lw.com;
                include proxy_params;
        }
}

2.backup 状态：备份，当前其它没有backup标识机器都宕机时，才会给该服务器发请求

upstream lb.lw.com {
        server 172.16.1.7:9999;
        server 172.16.1.8:9999 backup;
        server 172.16.1.9:9999;
}
server {
        listen 80;
        server_name lb.lw.com;
        
        location /{
                proxy_pass http://lb.lw.com;
                include proxy_params;
        }
}

max_fails：负载均衡访问后端，最大错误次数，到该指定次数后，不给该服务器发送请求

fail_timeout：配合max_fails使用，规定不发请求的时间段

upstream lb.lw.com {
        server 172.16.1.7:9999 max_fails=3 fail_timeout=10s;
        server 172.16.1.8:9999 max_fails=3 fail_timeout=10s;
        server 172.16.1.9:9999 max_fails=3 fail_timeout=10s;
}
server {
        listen 80;
        server_name lb.lw.com;
        
        location /{
                proxy_pass http://lb.lw.com;
                include proxy_params;
        }
}

4.max_conn：限制该后端web服务器最大连接数为1024个

upstream lb.lw.com {
        server 172.16.1.7:9999 max_fails=3 fail_timeout=10s;
        server 172.16.1.8:9999 max_fails=3 fail_timeout=10s;
        server 172.16.1.9:9999 max_fails=3 fail_timeout=10s max_conn=1024;
}
server {
        listen 80;
        server_name lb.lw.com;
        
        location /{
                proxy_pass http://lb.lw.com;
                include proxy_params;
        }
}

Nginx负载均衡健康检查

在Nginx官方模块提供的模块中，没有对负载均衡后端节点的健康检查模块，但可以使用第三方模块。
nginx_upstream_check_module来检测后端服务的健康状态。

第三方模块项目地址：TP

1.安装依赖包

[root@lb01 ~]# yum install -y gcc glibc gcc-c++ pcre-devel openssl-devel patch

2.停掉yum安装的nginx

[root@lb01 ~]# systemctl stop nginx

3.下载nginx源码包以及nginx健康第三方模块

[root@lb01 ~]# wget https://nginx.org/download/nginx-1.22.0.tar.gz

[root@lb01 ~]# wget
https://github.com/yaoweibin/nginx_upstream_check_module/archive/master.zip

4.解压nginx源码包和第三方模块包

[root@lb01 ~]# tar xf nginx-1.22.0.tar.gz
[root@lb01 ~]# unzip master.zip

#创建应用目录
[root@lb01 ~]# mkdir /app

5.进入nginx目录，打补丁(nginx的版本是1.20.1补丁就选择1.20.1的,p1代表在nginx目录，p0是不在nginx目录)

[root@lb01 ~]# cd nginx-1.22.0/
[root@lb01 nginx-1.22.0]# patch -p1 </root/nginx_upstream_check_module-master/check_1.20.1+.patch

6.生成、编译与安装

# 生成
./configure --prefix=/app/nginx-1.22.0 --with-compat --
with-file-aio --with-threads --with-http_addition_module --with-http_auth_request_module --with-http_dav_module --with-http_flv_module --with-http_gunzip_module --with-http_gzip_static_module --with-http_mp4_module --with-http_random_index_module --with-http_realip_module --with-http_secure_link_module --
with-http_slice_module --with-http_ssl_module --with-http_stub_status_module --with-http_sub_module --with-http_v2_module --with-mail --with-mail_ssl_module --with-stream --with-stream_realip_module --with-stream_ssl_module --with-stream_ssl_preread_module --with-cc-opt='-O2 -g -pipe -Wall -Wp,-D_FORTIFY_SOURCE=2 -
fexceptions -fstack-protector-strong --param=ssp-buffer-size=4 -grecord-gcc-switches
-m64 -mtune=generic -fPIC' --with-ld-opt='-Wl,-z,relro -Wl,-z,now -pie' --add-module=/root/nginx_upstream_check_module-master

## 编译 && 安装
[root@lb01 nginx-1.22.0]# make && make install

7.nginx主配置文件，添加conf.d

[root@lb01 conf]# cat nginx.conf

#user nobody;
worker_processes 1;

#error_log logs/error.log;
#error_log logs/error.log notice;
#error_log logs/error.log info;

#pid logs/nginx.pid;

events {
	worker_connections 1024;
}

http {
	include mime.types;
	default_type application/octet-stream;
	
	#log_format main '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
    #                 '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
	#                 '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';
	
	#access_log logs/access.log main;
	
	sendfile on;
	#tcp_nopush on;
	
	#keepalive_timeout 0;
	keepalive_timeout 65;
	
	#gzip on;
	
	include /app/nginx-1.22.0/conf/conf.d/*.conf;
}

8.创建虚拟主机配置文件存放目录

[root@lb01 conf]# mkdir /app/nginx-1.22.0/conf/conf.d

9.编写负载均衡配置文件，添加location

[root@lb01 conf.d]# /app/nginx-1.22.0/conf/conf.d/lb.lw.com.conf
upstream lb.lw.com {
    server 172.16.1.7:9999 max_fails=2 fail_timeout=10s;
    server 172.16.1.8:9999 max_fails=2 fail_timeout=10s;
    server 172.16.1.9:9999 max_fails=2 fail_timeout=10s max_conns=1024;
    check interval=3000 rise=2 fall=3 timeout=1000 type=tcp;
    #interval  检测间隔时间，单位为毫秒
    #rise      表示请求2次正常，标记此后端的状态为up
    #fall      表示请求3次失败，标记此后端的状态为down
    #type      类型为tcp
    #timeout   超时时间，单位为毫秒
}

server {
    listen 80;
    server_name lb.lw.com;
    
    location / {
        proxy_pass http://lb.lw.com;
        include proxy_params;
    }

    location /upstream_check {
        check_status;
    }
}

10.语法检测、启动nginx

# 10.语法检测
[root@lb01 conf]# /app/nginx-1.22.0/sbin/nginx -t
# 11.启动nginx
[root@lb01 conf]# /app/nginx-1.22.0/sbin/nginx

Nginx负载均衡会话保持

在使用负载均衡的时候会遇到会话保持的问题，可通过如下方式进行解决。

使用nginx的ip_hash，根据客户端的IP，将请求分配到对应的IP上
基于服务端的session会话共享（NFS，MySQL，memcache，redis，file）

在解决负载均衡会话问题，我们需要了解session和cookie的区别。

前端开发人员将用户登录的信息，保存到浏览器中（开发者工具->Application->Cookies）如果仅将用户的登录信息记录在Cookie中，随时可以在浏览器中篡改
后端开发人员，将用户登录信息记录在服务器上（共享存储，某一个文件夹下的某个文件、数据库中、缓存数据库中....）session是对cookie做的加密，保存在服务器上

服务端会查询用户的cookie作为key去存储里找对应的value(session)，也就是说cookie对应的session也是唯一的.

环境准备

主机名	WanIP	LanIP	角色	应用
lb01	10.0.0.5	172.16.1.5	负载均衡	nginx
web01	10.0.0.	172.16.1.	phpmyadmin网站	nginx、php
web02	10.0.0.	172.16.1.	phpmyadmin网站	nginx、php
db01	10.0.0.	172.16.1.	数据库	MariaDB

1.配置Nginx

[root@web01 conf.d]# cat php.conf
server {
    listen 80;
    server_name php.lw.com;
    root /code/phpMyAdmin-4.8.4-all-languages;
 
    location / {
        index index.php index.html;
    }
 
    location ~ \.php$ {
        fastcgi_pass 127.0.0.1:9000;
        fastcgi_param SCRIPT_FILENAME $document_root$fastcgi_script_name;
        include fastcgi_params;
    }
}
[root@web01 conf.d]# systemctl restart nginx

2.安装phpmyadmin （web01和web02上都装）

[root@web01 conf.d]# cd /code
[root@web01 code]# wget https://files.phpmyadmin.net/phpMyAdmin/4.8.4/phpMyAdmin-4.8.4-all-languages.zip
[root@web01 code]# unzip phpMyAdmin-4.8.4-all-languages.zip

3.修改代码连接数据库的配置文件

将站点目录的案例配置文件改名

[root@web01 phpmyadmin]# cp config.sample.inc.php config.inc.php
[root@web01 phpmyadmin]# vim config.inc.php
将第31行的localhost改成自己数据库的ip地址
$cfg['Servers'][$i]['host'] = '172.16.1.51';

4.配置授权

[root@web01 conf.d]# chown -R www.www /var/lib/php/

5.将web01上配置好的phpmyadmin以及nginx的配置文件推送到web02主机上

[root@web01 code]# scp -rp  phpMyAdmin-4.8.4-all-languages root@172.16.1.8:/code/
[root@web01 code]# scp /etc/nginx/conf.d/php.conf  root@172.16.1.8:/etc/nginx/conf.d/

6.在web02上重载Nginx服务

[root@web02 code]# systemctl restart nginx

7.授权

[root@web02 code]# systemctl restart nginx

8.接入负载均衡

[root@lb01 conf.d]# vim proxy_php.com.conf 
upstream php.lw.com {
        server 172.16.1.7:80;
        server 172.16.1.8:80;
}
server {
        listen 80;
        server_name php.lw.com;
        location / {
                proxy_pass http://php.lw.com;
                include proxy_params;
        }
}
 
[root@lb01 conf.d]# nginx -t
nginx: the configuration file /etc/nginx/nginx.conf syntax is ok
nginx: configuration file /etc/nginx/nginx.conf test is successful
[root@lb01 conf.d]# systemctl restart nginx

#将域名解析到负载均衡上
10.0.0.5 php.lw.com

使用负载均衡的轮询功能之后，会发现，如果将session保存在本地文件的话，永远都登录不上去。

部署redis解决

1.安装redis内存数据库

# 注意：redis端口：6379

[root@db01 ~]# yum install redis -y

2.配置redis监听在172.16.1.0网段上

# 2.修改redis配置文件
[root@db01 ~]# vim /etc/redis.conf
将第61行的bind后面IP地址改为 0.0.0.0
bind 0.0.0.0

3.启动redis

[root@db01 ~]# systemctl start redis
[root@db01 ~]# systemctl enable redis

4.php配置session连接redis

[root@web01 phpmyadmin]# vim /etc/php.ini
1231 session.save_handler = files
将以上内容改为以下内容
session.save_handler = redis

在第1265行添加如下内容
session.save_path = "tcp://172.16.1.51:6379"

1295 session.auto_start = 0
将以上内容改为以下内容
session.auto_start = 1

5.修改php启动程序配置文件

[root@web01 phpmyadmin]# vim /etc/php-fpm.d/www.conf

源配置
398 php_value[session.save_handler] = files
399 php_value[session.save_path] = /var/lib/php/session

#注释php-fpm.d/www.conf里面的两条内容，否则session内容会一直写入/var/lib/php/session目录中
;php_value[session.save_handler] = files
;php_value[session.save_path] = /var/lib/php/session

6.重启php-fpm

[root@web01 code]# systemctl restart php-fpm

7.将web01上配置好的文件推送到web02

[root@web01 code]# scp /etc/php.ini root@172.16.1.8:/etc/php.ini  
[root@web01 code]# scp /etc/php-fpm.d/www.conf root@172.16.1.8:/etc/php-fpm.d/www.conf

8.web02上重启php-fpm

[root@web02 code]# systemctl restart php-fpm

posted @ 2022-06-16 15:39 Gie 阅读(252) 评论(0) 编辑收藏举报

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