干货 | Nginx负载均衡原理及配置实例

快来打我* 2021-08-29 01:49 478阅读 0赞

### Nginx系列导读 ###

[给小白的 Nginx 10分钟入门指南][Nginx 10]

[Nginx编译安装及常用命令][Nginx]

[完全卸载nginx的详细步骤][nginx]

[Nginx 配置文件详解][Nginx 1]

[理解正向代理与反向代理的区别][Link 1]

[一文带你读懂Nginx反向代理][Nginx 2]

[一文带你读懂nginx中的location指令][nginx_location]

## 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_module`
    
    proxy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][_nginx_location]

**（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：**

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>主机名</th> 
   <th>IP地址</th> 
   <th>角色说明</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>web01</td> 
   <td>10.43.187.251</td> 
   <td>nginx web01服务器</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>web02</td> 
   <td>10.43.187.252</td> 
   <td>nginx web01服务器</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>lb</td> 
   <td>10.43.187.253</td> 
   <td>nginx 负载均衡服务器</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**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][Nginx]

**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。

![format_png][]

# #

[Nginx 10]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI3NzQ4MTE4Mw%3D%3D&chksm=eb64d7d0dc135ec68f4f8d8944d6c05ab49f23afc4e64ceff5d836a791f69aa87fad8b3ab6bc&idx=2&lang=zh_CN&mid=2247484512&scene=21&sn=2f53da1239ecb08f06b94e145d1d415b&token=1752560613#wechat_redirect
[Nginx]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI3NzQ4MTE4Mw%3D%3D&chksm=eb64d732dc135e24b09a5f8170a844c3ffe72de52e30036f941c52966741ea62a645466698e9&idx=1&lang=zh_CN&mid=2247484546&scene=21&sn=1e0cc9f63efd08ab6d4fd20cadf948b4&token=1752560613#wechat_redirect
[nginx]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI3NzQ4MTE4Mw%3D%3D&chksm=eb64d732dc135e24995f54da43414abe3f585819fe7374a15149632de29af9c3932c8585dc65&idx=2&lang=zh_CN&mid=2247484546&scene=21&sn=4df733adf7c6f830565af40df679184c&token=1752560613#wechat_redirect
[Nginx 1]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI3NzQ4MTE4Mw%3D%3D&chksm=eb64d726dc135e3095beb47a262fdd42f194f6b1837911ab94c9d631df2dd4a74e9ab9ec0a0f&idx=1&lang=zh_CN&mid=2247484566&scene=21&sn=ca9aca3c9880f676e357b2485c9ecb96&token=1752560613#wechat_redirect
[Link 1]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI3NzQ4MTE4Mw%3D%3D&chksm=eb64d7ecdc135efa49083407e26cb5d1cc962f0cc690e5f1530ccefc3661808eb3492e0c178a&idx=1&lang=zh_CN&mid=2247484508&scene=21&sn=d6bcc35f962b58debdcbf6cecdea3cb6&token=1752560613#wechat_redirect
[Nginx 2]: https://blog.csdn.net/weixin_38889300/article/details/105781379
[nginx_location]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI3NzQ4MTE4Mw%3D%3D&chksm=eb64d65cdc135f4a014217fa5f26c977983849ee2214ec392c4262bf82951498b6794a12e4bd&idx=1&lang=zh_CN&mid=2247484908&scene=21&sn=1c5f5e313a4028418084a03e3a8e7dc7&token=1199031575#wechat_redirect
[_nginx_location]: https://blog.csdn.net/weixin_38889300/article/details/105828898
[format_png]: /images/20210726/c054472ae15243e3934afbe773d4f5dc.png