用Nginx+Redis实现session共享的均衡负载

前言

大学三年多，也做个几个网站和APP后端，老是被人问到，如果用户多了服务器会不会挂，总是很尴尬的回答：“哈哈，我们的用户还少，到了服务器撑不住的时候，估计都上市了吧”。说是这么说，但是对于有强迫症的我，这个问题一直回响在我脑海里，久久不散啊。如今大四下了，终于有时间来深入了解一下这个问题了。

貌似解决大访问量的方案有硬件和软件两个大类的方法，硬件一般比较贵，学生党就不去考虑了。还是想想怎么用软件解决吧。于是乎，Google，Baidu，balabala... 搜到最多的词就是“均衡负载”，搭配的一般都是Nginx。找到了方向，那就撸起袖子干活吧。

集群搭建

首先在vmware12中安装3台debain，命名为debian1,debian2，debian3。一路默认就好（其实并不好，后面会说）。

vmware有个问题，一旦窗口获得焦点，就自动关闭了小键盘，导致我设置root密码的时候输入为空（它也没提示）。
后来我想用su命令才发现密码错误，输入空密码一样错误，就只有找回密码了。

对于debian来说，这样改：在grub界面光标指向待启动的系统，然后按 e 键进行编辑，如图：

在 quiet 后面加个1（注意要有空格），按F10，你就可以以root身份进入命令行界面的。

这时候就用passwd修改密码，然后reboot就可以了。

终于打开了，准备试试网络，发现无法访问外网，但是windows主机可以，如果一路默认的话不应该出现问题，最有可能就是杀毒软件把vmware的服务进程给关了（装了360...）。在windows中启动Vmware的DHCP服务

然后虚拟机要reboot一下来获取ip。好了，现在虚拟机可以访问外网了。

安装nginx，才发现根本连不上，一看才发现是老美的源，应该是一路默认惹的祸啊，修改为科大源（我为母校自豪，哈哈）。

vi /etc/apt/source.list

修改为：

deb http://mirrors.ustc.edu.cn/debian/ wheezy main non-free contrib
deb http://mirrors.ustc.edu.cn/debian/ wheezy-proposed-updates main non-free contrib
deb-src http://mirrors.ustc.edu.cn/debian/ wheezy main non-free contrib
deb-src http://mirrors.ustc.edu.cn/debian/ wheezy-proposed-updates main non-free contrib

deb http://mirrors.ustc.edu.cn/debian-security/ wheezy/updates main non-free contrib
deb-src http://mirrors.ustc.edu.cn/debian-security/ wheezy/updates main non-free contrib

然后执行这个命令来更新： apt-get update

安装： apt-get install nginx

启动： /etc/init.d/nginx start

随便用一个虚拟机开启一个浏览器打开localhost,成功启动，如图：

vi用不惯安装vim： apt-get install vim 报错：

The following packages have unmet dependencies:
 vim : Depends: vim-common (= 2:7.3.547-7) but 2:7.4.488-7 is to be installed
E: Unable to correct problems, you have held broken packages.

可见冲突了，解决方法：

先执行 apt-get remove vim-common 卸载vim-common

再进行安装vim，执行 apt-get install vim

找找nginx的根目录，我们打开配置文件（和Apache一样，配置文件模块化的，不是一个单独的nginx.conf）看一看

vim /etc/nginx/sites-enabled/default

中间有一行

root /usr/share/nginx/www;

这就是根目录啦

修改index.html来区分三台主机

用ipconfig 分别获得 ip 地址，在windows中访问

debian1  http://192.168.182.128/

debian2  http://192.168.182.129/

debian3  http://192.168.182.130/

基础尝试

先来一个小例子，以便对均衡负载产生一个直观的感受吧。

我们把debian1作为主服务器承担请求分发的任务，即外部访问的是debian1，然后debain1把请求发送给debian2或者debain3，如下图：

在debian1中修改配置文件：vim /etc/nginx/nginx.conf
在http配置项中加入如下

upstream site { 
      server  192.168.182.129:80; 
      server  192.168.182.130:80; 
} 
  
server{ 
    listen 80;  
    location / { 
        proxy_pass         http://site;
    } 
}

这是选择的轮询的模式
保存重启nginx。

现在在windows中访问debian1，http://192.168.182.128/。多次刷新可见如下两图依次出现：

说明发送给 debian1 的请求的确是均匀分配到 debian2和debian3了，亦即轮询。

session共享

上面的例子可以说简单到没有什么实用价值，大型网站一般不可能是纯静态的，一般都涉及到用户登录的问题，那么就涉及到session的问题了。你想用户在A登陆了，A记住了用户的登录状态，可是下一次用户请求被分配到B去了怎么办？显然不可能让用户再登陆一次。所以要实现session共享。一般有几个解决办法：

iphash,把特定ip发送给特定主机，就不存在session这个问题了，因为1个用户对应1台主机。但是某时刻当来自某个IP地址的请求特别多，那么将导致某台负载服务器的压力可能非常大，而其他负载服务器却空闲的不均衡情况，这就违背了我们负载均衡的初衷。
搭建redis集群或者memcached集群，用集群自带的同步方法来帮我们在不同的主机中同步session，这样就相当于把原来的一份session变成了N分session（有点浪费，哈哈），session的同步就依赖于NoSql集群的同步了。
不使用session，换作cookie。但是秉承着防御性编程的原则，我们不能相信用户输入，因为cookie可能被禁用，甚至篡改。
单独设置一个session服务器，负载服务器得到一个sessionid过后，去session服务器获得会话状态，然后根据状态来响应用户请求，如果会话状态为空，则在session服务器中设置一个会话状态，然后返回给用户一个sessionid。

我准备采用方案4，即用debian1作为分发服务器，同时作为session服务器（用redis实现），负载服务器每次都要向分发服务器请求用户的session对应的会话状态，以此决定响应方式。

php 环境搭建

在debain2，3中搭建php环境

先在2中修改
命令：

apt-get update    #更新源
apt-get install php5        #安装php5
apt-get install php5-cli        #安装php5 命令行工具
apt-get install php5-fpm

最后一句就报错了：

The following packages have unmet dependencies:
 gnupg : Depends: libreadline6 (>= 6.0) but it is not going to be installed
   Recommends: gnupg-curl but it is not going to be installed
     php5-fpm : Depends: libssl1.0.0 (>= 1.0.0) but it is not going to be installed
     Depends: php5-common (= 5.4.45-0+deb7u2) but it is not going to be installed
     Depends: ucf but it is not going to be installed
     Depends: tzdata but it is not going to be installed
      PreDepends: dpkg (>= 1.16.1~) but it is not going to be installed

搞了好久也没解决，还是换个fastcgi管理工具吧（回头再来啃一啃）：

apt-get install spawn-fcgi

启动spawn-fcgi：

/usr/bin/spawn-fcgi -a 127.0.0.1 -p 9000 -C 5 -u www-data -g www-data -f /usr/bin/php-cgi

说明：

-a : PHP FastCGI 绑定IP地址

-p : PHP FastCGI 指定端口

-u : PHP FastCGI 用户名

-g : PHP FastCGI 用户组

-f : 指向 PHP5 fastcgi

另外

`vim /etc/rc.local`

加入上述命令使得它开机自启

配置nginx的php选项（还是看官网比较好，不要到处乱搜）：

location ~ [^/]\.php(/|$) {
    fastcgi_split_path_info ^(.+?\.php)(/.*)$;
    if (!-f $document_root$fastcgi_script_name) {
        return 404;
    }

    fastcgi_pass 127.0.0.1:9000;
    fastcgi_index index.php;
    include fastcgi_params;
}

重启：/etc/init.d/nginx restart

在根目录中加入1.php

访问，终于成功了，泪奔

接下来对debain3 如法炮制。总算是完成这一步了。

redis 环境搭建

在debain1中搭建redis服务器

命令：

    wget http://download.redis.io/releases/redis-2.8.12.tar.gz
    tar xzf redis-2.8.12.tar.gz
    cd redis-2.8.12
    make

编译成功，运行： ./src/redis-server redis.conf

修改配置打开 redis.conf

把 bind 127.0.0.1 修改为 bind 0.0.0.0 即任意主机可以访问
找到“requirepass”字段，在后面加上密码 password

重启redis服务器：

    ./src/redis-cli -h 127.0.0.1 -p 6379 shutdown #关闭
    ./src/redis-server redis.conf 开启

这时你会发现如果用redis客户端直接访问会报错
要输入密码后在能正常使用，如图：

在debain2,3中配置phpredis

命令：


    apt-get install php5-dev #php开发者工具，后面编译需要
    wget https://github.com/nicolasff/phpredis/archive/master.tar.gz
    tar xvf master.tar.gz
    cd phpredis-master/
    phpize
    ./configure --enable-redis
    make && make install

然后修改配置：


vim /etc/php5/cgi/php.ini

在Dynamic Extensions 后面添加extension=redis.so

重启服务：还真没找到成熟的解决办法，只有采取笨办法了


lsof -i :9000  #列出该端口相关信息，包含PID
kill -9 pid  # 把上一步显示出来的pid挨个杀死
/usr/bin/spawn-fcgi -a 127.0.0.1 -p 9000 -C 5 -u www-data -g www-data -f /usr/bin/php-cgi  #启动

测试：在debian3的nginx根目录添加1.php 代码如下：

connect ( $redis_host, $redis_port );
 $redis->auth ( $redis_psw );
 $redis->set('a',1);
 echo $redis->get('a');

?>

结果如下：

可见是成功了，对debian2如法炮制，效果一样

逻辑实现

负载服务器查看客户端是否带有sessionid这个参数，如果有，则去session服务器获取会话状态并返回结果，否则产生一个session和会话状态存入session服务器并返回sessionid给客户端。这是一个大概的逻辑轮廓，细节就不讨论了，实现如下：

修改debian2,3的nginx配置文件使得默认路径是index.php 而非 index.html,同时删掉原有的index.html,加入index.php。重启。

index.php 代码如下：

//初始化连接
$redis_host = '192.168.182.128';
$redis_port = 6379;
$redis_psw = 'password';
$redis = new Redis ();
$redis->connect ( $redis_host, $redis_port );
$redis->auth ( $redis_psw );
$sessionid = ceil($_GET['sessionid']);
$hostname = 'debian2';//debian3就要改成debian3

if(empty($sessionid)){//没有sessionid

$sessionid = rand(10000000,99999999);//简便起见产生8位数字作为有效id
$status = '已经登陆,由 '.$hostname.' 设置session';
$redis->set($sessionid,$status);//保存
$data = array('当前站点'=>$hostname,'sessionid'=>$sessionid,'info'=>'这是您第一次登陆');
echo json_encode($data,JSON_UNESCAPED_UNICODE);
exit();

}

$status = $redis->get($sessionid);

if(empty($status)){//sessionid无效

$sessionid = rand(10000000,99999999);//简便起见产生8位数字作为有效id
$status = '已经登陆,由 '.$hostname.' 设置session';
$redis->set($sessionid,$status);
$data = array('当前站点'=>$hostname,'sessionid'=>$sessionid,'info'=>'这是您第一次登陆');
echo json_encode($data,JSON_UNESCAPED_UNICODE);
exit();

}

$data = array('当前站点'=>$hostname,'sessionid'=>$sessionid,'info'=>$status);
echo json_encode($data,JSON_UNESCAPED_UNICODE);
exit();

测试

首次访问debian1

再次访问debain1，这里就出了点问题，不知道为什么，一直发送到到debian2，连续尝试很多次，没有一次请求到debian3，根本就没有轮询啊。但是过了几分钟再次访问debian1

请求就发送到debian3了，我估计是用了php过后，nginx把一小段时间内的请求发送到同一主机了，但是一大段时间上还是轮询的。

但是我换了个浏览器过后，又变成每次轮询了。一头汗...... 所以这还是和浏览器有关的？（暂时搞不定。回头再看看，先换个浏览器）

首次访问debian1

再次访问debian1

带上sessionid首次访问debian1

带上sessionid再次次访问debian1

可见的确是达到了均衡负载同时session共享的目的。

总结

这篇文章写下来可真是费了些力气，中间出了好多错，不过一个一个有耐心的解决掉，最后出来的结果还是令人挺有成就感的。毕竟心里的一块大石算是落了。以后有空再尝试一下其他几种方法。

PS : 修改配置文件的时候，一定要先备份再修改，不然出了问题都不能恢复。

更新

啃了好久，终于找到上面包依赖（冲突）的问题了（得感谢我的一位同学）。都是源惹的祸，我当时是直接找了一段代码放进source.list, 实际上把wheezy全部改成jessie，就行了，因为我的debian是8.3 而wheezy代表debian7。

用了错误的源会导致很多的兼容问题，赶紧换回来。换回来过后安装php相关的组件就没有任何问题了。

更新 03/30

上面修改root密码的方法我后来又试了一下，没成功，原来之所以成功估计是因为原来我的root密码正好是空，所以在进入单用户模式的时候不需要输入密码。后来我的密码不是空，进入单用户模式一样要输入root密码，自然达不到找回密码的目的。最好还是用U盘启动，用U盘里的系统来修改本机root密码。