Nginx如何实现负载均衡
1、什么是ngnix
Nginx是一个http服务器。是一个使用c语言开发的高性能的http 服务器/反向代理服务器及电子邮件（IMAP/POP3）代理服务器。nginx能够支撑5万并发链接，并且cpu、内存等资源消耗却非常低，运行非常稳定，中国大陆使用nginx网站用户有：百度、京东、新浪、网易、腾讯、淘宝等
2、nginx可以用来做什么
1）反向代理：反向代理（ReverseProxy）方式是指以代理服务器来接受internet上的连接请求，然后将请求转发给内部网络上的服务器，并将从服务器上得到的结果返回给internet上请求连接的客户端,简单来说就是真实的服务器不能直接被外部网络访问,想要访问必须通过代理。
2）动静分离：运用Nginx的反向代理功能分发请求：所有动态资源的请求交给应用服务器，而静态资源的请求（例如图片、视频、CSS、JavaScript文件等）则直接由Nginx返回到浏览器，这样能大大减轻应用服务器的压力
3）负载均衡：负载均衡也是 Nginx常用的一个功能，当一台服务器的单位时间内的访问量越大时，服务器压力就越大，大到超过自身承受能力时，服务器就会崩溃。为了避免服务器崩溃，让用户有更好的体验，我们通过负载均衡的方式来分担服务器压力。我们可以建立很多很多服务器，组成一个服务器集群，当用户访问网站时，先访问一个中间服务器，在让这个中间服务器在服务器集群中选择一个压力较小的服务器，然后将该访问请求引入该服务器。如此以来，用户的每次访问，都会保证服务器集群中的每个服务器压力趋于平衡，分担了服务器压力，避免了服务器崩溃的情况。负载均衡配置一般都需要同时配置反向代理，通过反向代理跳转到负载均衡。
3、常见的几种负载均衡策略及对应原理
nginx的负载均衡策略可以划分为两大类：内置策略和扩展策略。内置策略包含加权轮询和ip hash，在默认情况下这两种策略会编译进nginx内核，只需在nginx配置中指明参数即可。扩展策略有很多，如fair、通用hash、consistent hash等，默认不编译进nginx内核。
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。
upstream backserver {
server 192.168.0.14;
server 192.168.0.15;
}
图中有两点需要注意：
第一，如果可以把加权轮询算法分为先深搜索和先广搜索，那么nginx采用的是先深搜索算法，即将首先将请求都分给高权重的机器，直到该机器的权值降到了比其他机器低，才开始将请求分给下一个高权重的机器。
第二，当所有后端机器都down掉时，nginx会立即将所有机器的标志位清成初始状态，以避免造成所有的机器都处在timeout的状态，从而导致整个前端被夯住。
接下来看下源码。nginx的目录结构很清晰，加权轮询所在路径为nginx-1.0.15/src/http/ngx_http_upstream_round_robin.[c|h]，在源码的基础上，针对重要的、不易理解的地方我加了注释。首先看下ngx_http_upstream_round_robin.h中的重要声明：
从变量命名中就可以大致猜出其作用。解释一下current_weight和weight的区别，前者为权重排序的值，随着处理请求会动态的变化，后者则是配置值，用来恢复初始状态。
接下我们来看下轮询的创建过程。代码如下图：
这里有个tried变量需要做些说明：tried中记录了服务器当前是否被尝试连接过。他是一个位图。如果服务器数量小于32，则只需在一个int中即可记录下所有服务器状态。如果服务器数量大于32，则需在内存池中申请内存来存储。
对该位图数组的使用可参考如下代码：
最后是实际的策略代码，逻辑较简单，代码实现也只有30行。来看代码。
2）指定权重
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。
upstream backserver {
server 192.168.0.14 weight=8;
server 192.168.0.15 weight=10;
}
3）IP绑定 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。
upstream backserver {
ip_hash;
server 192.168.0.14:88;
server 192.168.0.15:80;
}
ip hash算法的核心实现请看如下代码：
可以看到，hash值既与ip有关又与后端机器的数量有关。经测试，上述算法可以连续产生1045个互异的value，这是此算法硬限制。nginx使用了保护机制，当经过20次hash仍然找不到可用的机器时，算法退化成轮询。
因此，从本质上说，ip hash算法是一种变相的轮询算法，如果两个ip的初始hash值恰好相同，那么来自这两个ip的请求将永远落在同一台服务器上，这为均衡性埋下了较深隐患。
4）fair（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。
upstream backserver {
server server1;
server server2;
fair;
}
fair策略是扩展策略，默认不被编译进nginx内核。它根据后端服务器的响应时间判断负载情况，从中选出负载最轻的机器进行分流。这种策略具有很强的自适应性，但是实际的网络环境往往不是那么简单，因此须慎用
5）url_hash（第三方）
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，后端服务器为缓存时比较有效。
upstream backserver {
server squid1:3128;
server squid2:3128;
hash $request_uri;
hash_method crc32;
}
在需要使用负载均衡的server中增加
proxy_pass http://backserver/;
upstream backserver{
ip_hash;
server 127.0.0.1:9090 down; (down 表示当前的server暂时不参与负载)
server 127.0.0.1:8080 weight=2; (weight 默认为1.weight越大，负载的权重就越大)
server 127.0.0.1:6060;
server 127.0.0.1:7070 backup; (其它所有的非backup机器down或者忙的时候，请求backup机器)
}
max_fails ：允许请求失败的次数默认为1.当超过最大次数时，返回proxy_next_upstream 模块定义的错误
fail_timeout:max_fails次失败后，暂停的时间
通用hash和一致性hash也是种扩展策略。通用hash可以以nginx内置的变量为key进行hash，一致性hash采用了nginx内置的一致性hash环，可支持memcache