干货 | Nginx负载均衡原理及配置实例
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Nginx系列导读
前言
nginx
Nginx是一款高性能的http 服务器/反向代理服务器及电子邮件（IMAP/POP3）代理服务器。官方测试nginx能够支撑5万并发连接，并且cpu、内存等资源消耗却非常低，运行非常稳定。
负载均衡
什么是负载均衡，单从字面理解可以解释为N台服务器平均分担负载，不会因为某台服务器负载高宕机而出现某台服务器闲置的情况。那么负载均衡的前提就是要有多台服务器才能实现，目的是达到整个系统的高性能和高可用性。
1、Nginx负载均衡介绍
反向代理与负载均衡概念简介
严格地说，Nginx仅仅是作为Nginx Proxy反向代理使用的，因为这个反向代理功能表现的效果是负载均衡集群的效果，所以本文称之为Nginx负载均衡。那么，反向代理和负载均衡有什么区别呢？
普通负载均衡软件，例如大名鼎鼎的LVS，其实功能只是对请求数据包的转发（也可能会改写数据包）、传递。其中DR模式明显的特征是：从负载均衡下面的节点服务器来看，接收到的请求还是来自访问负载均衡器的客户端的真实用户。
而反向代理就不一样了，反向代理接收访问用户的请求后，会代理用户重新发起请求代理下的节点服务器，最后把数据返回给客户端用户，在节点服务器看来，访问的节点服务器的客户端用户就是反向代理服务器了，而非真实的网站访问用户。
一句话，LVS等的负载均衡是转发用户请求的数据包，而Nginx反向代理是接收用户的请求后，会代理用户重新发起请求代理下的节点服务器。
2、Nginx负载均衡组件模块
实现Nginx负载均衡的组件主要有两个：
ngx_http_upstream_module负载均衡模块，可以实现网站的负载均衡功能及节点的健康检查
ngx_http_proxy_moduleproxy代理模块，用于把请求转发给服务器节点或upstream服务器池
2.1、upstream模块
（1）upstream模块介绍
upstream模块允许Nginx定义一组或多组节点服务器组，使用时可以通过proxy_pass代理方式把网站的请求发送到事先定义好的对应upstream组的名字上，具体写法为：
proxy_pass http://server_pools
其中server_pools就是一个upstream节点服务器组名字。
（2）upstream配置案例
范例1：基本的upstream配置案例：
upstream server_pools {
# upstream是关键字必须有，后面的server_pools是upstream集群组的名字，可自定义名称，调用时就用这个名字。
server 192.168.1.251:80 weight=5;
server 192.168.1.252:80 weight=10;
server 192.168.1.253:80 weight=15;
# server关键字是固定的，后面可以接域名或IP。如果不指定端口，默认是80端口。weight代表权重，数值越大被分配的请求越多。
}
范例2：较完整的upstream配置案例：
upstream blog__pools {
server 192.168.0.223; #这行标签和下行是等价的
server 192.168.0.224:80 weight=1 max_fails=1 fail_timeout=10s; #这行标签和上一行是等价的，此行多余的部分就是默认配置，不写也可以。
server 192.168.0.225:80 weight=1 max_fails=2 fail_timeout=20s backup;
# server最后面可以加很多参数，具体参数作用看下文
}
（3）upstream模块参数
server
负载后面的RS配置，可以是ip或者域名。
weight
请求服务器的权重。默认值为1，越大表示接受的请求比例越大。
max_fails
nginx 尝试连接后端主机失败的次数。
这个数值需配合proxy_net_upstream，fastcgi_next_upstream和memcached_next_upstream这三个参数来使用的。
当nginx接收后端服务器返回这三个参数定义的状态码时，会将这个请求转发给正常工作的后端服务器，例如404，502，503
fail_timeout
在max_fails定义的失败次数后，距离下次检查的时间间隔，默认10s
backup
热备配置，标志这台服务器作为备份服务器，若主服务器全部宕机了，就会向它转发请求
down
表示这个服务器永不可用，可配合ip_hash使用
范例：
upstream web_pools {
server linux.example.com weight=5;
server 127.0.0.1:8080 max_fail=5 fail_timeout=10s;
# 当5次连续检查失败后，间隔10s后重新检测。
server linux.example.com:8080 backup;
# 指定备份服务器。作用：等上面服务器全部不可访问时就向它转发请求。
}
2.2、http_proxy_module模块
（1）proxy_pass指令介绍
proxy_pass指令属于ngx_http_proxy_module模块，此模块可以将请求转发到另一台服务器上。在实际的反向代理工作中，会通过location功能匹配指定的URI，然后把接收到的符合匹配URI的请求通过proxy_pass抛给定义好的upstream节点池。
location内容，参考： 一文彻底读懂nginx中的location指令
（2）proxy_pass的使用案例
location /web/ {
proxy_pass http://127.0.0.1/abc/;
}
将匹配URI为web的请求抛给http://127.0.0.1/abc/
（3）http proxy模块参数
proxy_set_header
设置http请求header项传给后端服务器节点。例如，可以实现让代理后端的服务器节点获取访问客户端用户真实的IP地址
client_body_buffer_size
用于指定客户端请求主题缓冲区大小
proxy_connect_timeout
表示反向代理与后端节点服务器连接的超时时间，即发起握手等候响应的超时时间
proxy_send_timeout
表示代理后端服务器的数据回传时间，即在规定时间之内，后端服务器必须传完所有的数据，否则，nginx将断开这个连接
proxy_read_timeout
设置nginx从代理的后端服务器获取信息的时间，表示连接建立成功后，nginx等待后端服务器的响应时间，其实是nginx在后端排队等候处理的时间
proxy_buffer_size
设置缓冲区大小，默认该缓冲区大小等于指令proxy_buffers设置的大小
proxy_buffers
设置缓冲区的数量和大小，nginx从代理的后端服务器获取的响应信息，会放置在缓冲区
proxy_busy_buffers_size
用于设置系统很忙时可以使用的proxy_buffers大小，官方推荐的大小为proxy_bufer*2
proxy_temp_file_write_size
指定proxy缓存临时文件的大小
3、Nginx负载均衡调度算法
（1）rr轮询（默认）
默认调度算法，按照客户端请求逐一分配到不同的后端服务器，宕机的服务器会自动从节点服务器池中剔除。
upstream server_pools {
server 192.168.1.251;
server 192.168.1.252;
}
注意：对于服务器
性能不同的集群，该算法容易引发资源分配不合理等问题。
（2）wrr加权轮询（weight）
在rr轮询算法的基础上加上权重，权重和用户访问成正比，权重值越大，被转发的请求也就越多
upstream server_pools {
server 192.168.1.251 weight=5;
server 192.168.1.252 weight=10;
}
加权轮询应用于服务器性能不等的集群中，使资源分配更加合理化。
（3）ip_hash（会话保持）
每个请求按访问 IP 的hash结果分配，每个访客固定访问一个后端服务器，可解决session不共享的问题。
upstream server_pools {
ip_hash;
server 192.168.1.251;
server 192.168.1.252;
}
Session 不共享是说，假设用户已经登录过，此时发出的请求被分配到了 A 服务器，但 A 服务器突然宕机，用户的请求则会被转发到 B 服务器。但由于 Session 不共享，B 无法直接读取用户的登录信息来继续执行其他操作。
（4）fair（动态调度算法）
根据后端节点服务器的响应时间来分配请求，响应时间短的优先分配。
upstream server_pools {
server 192.168.1.251;
server 192.168.1.252;
fair;
}
这是更加智能的调度算法，但Nginx
本身不支持fair调度算法。如果需要使用fair调度，必须下载Nginx相关模块upstream_fair。
（5）url_hash算法(web缓存节点)
根据访问URL的hash结果来分配请求，让每个URL定向到同一个后端服务器。
upstream server_pools {
server qll:9001;
server qll:9002;
hash $request_uri;
hash_method crc32;
}
同样，Nginx本身是不支持url_hash，如果需要使用这种调度算法，必须安装Nginx的hash模块软件包。
4、Nginx负载均衡配置实例
（1）实现效果
在浏览器上输入地址http://www.qll.com,实现负载均衡效果（平均访问到两台服务器）
（2）准备工作
a）准备3台nginx服务器，如下：
| 主机名 | IP地址 | 角色说明 |
|---|---|---|
| web01 | 10.43.187.251 | nginx web01服务器 |
| web02 | 10.43.187.252 | nginx web01服务器 |
| lb | 10.43.187.253 | nginx 负载均衡服务器 |
b）三台服务器均安装nginx
安装nginx，参考:Nginx编译安装及常用命令
c）配置用于测试的Web服务
注意：本小节是在
两台Nginx Web服务器上操作
[root@web01 nginx]# cat conf/nginx.conf
worker_processes 1;
events {
worker_connections 1024;
}
http {
include mime.types;
default_type application/octet-stream;
sendfile on;
keepalive_timeout 65;
server {
listen 80;
server_name localhost;
location / {
root html/www;
index index.html index.htm;
}
access_log logs/access_www.log main;
}
}
创建测试文件数据
[root@web01 ~]# cd /usr/local/nginx/html/
[root@web01 html]# mkdir www
[root@web01 www]# echo "`hostname -I` www" > index.html
查看创建的文件内容：
[root@qll251 www]# cat index.html
10.43.187.251 www
别忘记启动nginx服务哦
d）配置nginx 负载均衡服务器
[root@lb01 nginx]# cat conf/nginx.conf
worker_processes 1;
events {
worker_connections 1024;
}
http {
include mime.types;
default_type application/octet-stream;
sendfile on;
keepalive_timeout 65;
upstream www_server_pools { #这里定义Web服务器池，包含了251，252两个Web节点
server 10.43.187.251:80 weight=1;
server 10.43.187.252:80 weight=1;
}
server { #这里定义代理的负载均衡域名虚拟主机
listen 80;
server_name www.qll.com;
location / {
proxy_pass http://www_server_pools; #访问www.qll.com,请求发送给www_server_pools里面的节点
}
}
}
e）域名解析
由于不是真实环境，域名使用www.qll.com用作测试，所以www.qll.com的解析只能在hosts文件设置。
打开：
C:\Windows\System32\drivers\etc\hosts
在末尾添加:
10.43.187.253 www.qll.com
（3）测试验证
打开浏览器访问www.qll.com，不断刷新会发现所有请求被负载均衡器（10.43.187.253）均分配到web01（10.43.187.251）和web02（10.43.187.252）上，实现了负载均衡的效果。
结语
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