nginx七层负载均衡
Nginx七层负载均衡
一、负载均衡介绍
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什么是负载均衡
将请求平均的分配给后端服务器
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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
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负载均衡的叫法
1.负载均衡
2.负载
3.LB
4.Load Balance
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公有云中常见的负载均衡
1.SLB #阿里云产品
2.LB #青云产品
3.CLB #腾讯云产品
4.ULB #Ucloud产品
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负载均衡软件
1.nginx
2.Haproxy
3.LVS
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负载均衡类型
1.四层负载均衡
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
2.七层负载均衡
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
3.四层和七层负载均衡的区别
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
二、负载均衡实践
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.
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负载均衡模块
# ngx_http_upstream_module
#语法
Syntax: upstream name { ... }
Default: —
Context: http
#例子
upstream backend {
server backend1.example.com weight=5;
server backend2.example.com:8080;
server backup1.example.com:8080 backup;
server backup2.example.com:8080 backup;
}
server {
... ...
location / {
proxy_pass http://backend;
}
}
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环境准备
| 主机 | IP | 身份 |
|---|---|---|
| lb01 | 10.0.0.4,172.16.1.4 | 负载均衡 |
| web01 | 172.16.1.7 | web服务端 |
| web02 | 172.16.1.8 | web服务端 |
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web01准备网站
# 配置Nginx
[root@web01 ~]# vim /etc/nginx/conf.d/linux.wp.com.conf
server {
listen 80;
server_name linux.wp.com;
charset utf8;
location / {
root /code/wordpress;
index index.php;
}
location ~* \.php$ {
fastcgi_pass 127.0.0.1:9000;
fastcgi_param SCRIPT_FILENAME /code/wordpress/$fastcgi_script_name;
include fastcgi_params;
}
}
# 上传网站代码
[root@web01 ~]# ll /code/
drwxr-xr-x 5 www www 4096 4月 16 19:30 wordpress
# 配置hosts访问
10.0.0.7 linux.wp.com
http://linux.wp.com/
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web02准备网站
# 配置Nginx
[root@web02 ~]# vim /etc/nginx/conf.d/linux.wp.com.conf
server {
listen 80;
server_name linux.wp.com;
charset utf8;
location / {
root /code/wordpress;
index index.php;
}
location ~* \.php$ {
fastcgi_pass 127.0.0.1:9000;
fastcgi_param SCRIPT_FILENAME /code/wordpress/$fastcgi_script_name;
include fastcgi_params;
}
}
# 上传网站代码
[root@web02 ~]# ll /code/
drwxr-xr-x 5 www www 4096 4月 16 19:16 wordpress
# 配置hosts访问
10.0.0.8 linux.wp.com
http://linux.wp.com/
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lb01配置负载均衡
[root@lb01 ~]# vim /etc/nginx/conf.d/linux.wp.com.conf
upstream web_group {
server 172.16.1.7:80;
server 172.16.1.8;
}
server {
listen 80;
server_name linux.wp.com;
location / {
proxy_pass http://web_group;
include proxy_params;
}
}
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准备代理优化文件
[root@lb01 ~]# 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 10s;
proxy_read_timeout 10s;
proxy_send_timeout 10s;
proxy_buffering on;
proxy_buffer_size 8k;
proxy_buffers 8 8k;
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重启访问测试
# 重启
[root@lb01 ~]# nginx -t && systemctl restart nginx
# 配置hosts
10.0.0.4 linux.wp.com
# 访问
http://linux.wp.com/
三、负载均衡常见问题
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问题
如果后端服务器出现问题，负载均衡仍然会将请求发送给相应机器
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。
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解决问题的模块
Syntax: proxy_next_upstream error | timeout | invalid_header | http_500 | http_502 | http_503 | http_504 | http_403 | http_404 | http_429 | non_idempotent | off ...;
Default: proxy_next_upstream error timeout;
Context: http, server, location
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配置
[root@lb01 ~]# vim /etc/nginx/conf.d/linux.wp.com.conf
upstream blog {
server 172.16.1.7;
server 172.16.1.8;
}
server {
listen 80;
server_name linux.wp.com;
location / {
proxy_pass http://blog;
include proxy_params;
#可以配置，可以写到include
proxy_next_upstream http_500 | http_502 | http_503 | http_504 | http_403 | http_404;
}
}
#重启
[root@lb01 ~]# systemctl restart nginx
四、负载均衡调度算法
| 调度算法 | 概述 |
|---|---|
| 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 |
| 轮询 | 按时间顺序逐一分配到不同的后端服务器(默认) |
| 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,哪个机器链接数少就分发 |
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轮询的配置方法
upstream blog {
server 172.16.1.7;
server 172.16.1.8;
}
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加权轮询配置
#当后端服务器配置不同的情况下会用到加权轮询。列如：一台内存为4G，一台为8G
upstream blog {
server 172.16.1.7 weight=1;
server 172.16.1.8 weight=2;
}
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ip_bash配置方法
upstream web_group {
server 172.16.1.7:80;
server 172.16.1.8;
ip_hash;
}
#一般用来做会话保持
五、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_failsr,失败后, 服务暂停时间 |
| max_conns | 限制最大的接收连接数 |
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down状态配置
upstream blog {
#一般情况下，维护场景使用
server 172.16.1.7 down;
server 172.16.1.8;
}
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backup状态配置
upstream web_group {
server 172.16.1.7;
server 172.16.1.8 backup;
}
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访问错误状态配置
upstream web_group {
server 172.16.1.7;
server 172.16.1.8 max_fails=3 fail_timeout=10s;
}
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最大连接数配置
upstream web_group {
server 172.16.1.7;
server 172.16.1.8 max_conns=100;
}
六、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。
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安装依赖
[root@lb02 ~]# yum install -y gcc glibc gcc-c++ pcre-devel openssl-devel patch
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下载第三方模块
[root@lb02 ~]# wget http://nginx.org/download/nginx-1.14.2.tar.gz
[root@lb02 ~]# wget https://github.com/yaoweibin/nginx_upstream_check_module/archive/master.zip
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解压及安装
[root@lb02 ~]# tar xf nginx-1.14.2.tar.gz
[root@lb02 ~]# unzip master.zip
进入nginx目录，打补丁(nginx的版本是1.14补丁就选择1.14的,p1代表在nginx目录，p0是不在nginx目录)
[root@lb02 ~]# cd nginx-1.14.2/
[root@lb02 nginx-1.14.2]# patch -p1 <../nginx_upstream_check_module-master/check_1.14.0+.patch
[root@lb02 nginx-1.14.2]# ./configure --prefix=/etc/nginx --sbin-path=/usr/sbin/nginx --modules-path=/usr/lib64/nginx/modules --conf-path=/etc/nginx/nginx.conf --error-log-path=/var/log/nginx/error.log --http-log-path=/var/log/nginx/access.log --pid-path=/var/run/nginx.pid --lock-path=/var/run/nginx.lock --http-client-body-temp-path=/var/cache/nginx/client_temp --http-proxy-temp-path=/var/cache/nginx/proxy_temp --http-fastcgi-temp-path=/var/cache/nginx/fastcgi_temp --http-uwsgi-temp-path=/var/cache/nginx/uwsgi_temp --http-scgi-temp-path=/var/cache/nginx/scgi_temp --user=nginx --group=nginx --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 --add-module=/root/nginx_upstream_check_module-master --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'
[root@lb02 nginx-1.14.2]# make && make install
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在已有的负载均衡上增加健康检查的功能
[root@lb01 conf.d]# cat proxy_web.conf
upstream web {
server 172.16.1.7:80 max_fails=2 fail_timeout=10s;
server 172.16.1.8:80 max_fails=2 fail_timeout=10s;
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 linux.lb.com;
location / {
proxy_pass http://web;
include proxy_params;
}
location /upstream_check {
check_status;
}
}
-
重启访问页面
#重启
#配置hosts
#访问
http://linux.lb.com/upstream_check
七、Nginx负载均衡会话保持
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什么是会话保持
我们在访问网站的时候，进行登陆以后，服务器上回生成一个 session，然后服务器会携带着session_id返回给浏览器记录一个 cookie 值，当第二次访问时，cookie会来服务器上与session进行对比，如果对比成功，则不需要重新登录
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。
1.使用nginx的ip_hash，根据客户端的IP，将请求分配到对应的IP上
2.基于服务端的session会话共享（NFS，MySQL，memcache，redis，file）
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session共享的方法
1.把多台后端服务器session文件目录挂载到NFS同一目录
2.通过程序将session存储到mysql数据库
3.通过程序将session存储到redis缓存
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web01上搭建phpmyadmin
上传包
[root@web01 ~]# cd /code/
[root@web01 code]# rz
[root@web01 code]# ll
-rw-r--r--. 1 root root 11060845 Oct 18 10:48 phpMyAdmin-4.9.0.1-all-languages.zip
解压
并改名[root@web01 code]# unzip phpMyAdmin-4.9.0.1-all-languages.zip
[root@web01 code]# mv phpMyAdmin-4.9.0.1-all-languages php
修改连接数据库代码
[root@web01 code]# cp /code/php/{config.sample.inc.php,config.inc.php}
[root@web01 code]# vim /code/php/config.inc.php
$cfg['Servers'][$i]['host'] = '172.16.1.51';
授权站点目录
[root@web01 code]# chown -R www.www /code/
配置nginx
[root@web01 ~]# vim /etc/nginx/conf.d/linux.php.com.conf
server {
listen 80;
server_name linux.php.com;
root /code/php;
location / {
index index.php;
}
location ~* \.php$ {
fastcgi_pass 127.0.0.1:9000;
fastcgi_param SCRIPT_FILENAME $document_root$fastcgi_script_name;
include fastcgi_params;
}
}
[root@web01 ~]# systemctl restart nginx
配置hosts访问
#配置hosts
10.0.0.7 linux.php.com
#访问页面 http://linux.php.com/
#报错：
Error during session start; please check your PHP and/or webserver log file and configure your PHP installation properly. Also ensure that cookies are enabled in your browser.
session_start(): open(SESSION_FILE, O_RDWR) failed: Permission denied (13)
session_start(): Failed to read session data: files (path: /var/lib/php/session)
#解决：
[root@web01 ~]# chown -R www.www /var/lib/php/session
再次登录测试
#登录测试，如果登录用户密码错误
mysqli_real_connect(): (HY000/1045): Access denied for user 'root'@'172.16.1.7' (using password: YES)
#数据库授权
MariaDB [(none)]> grant all on *.* to root@'172.16.1.%' identified by '123456';
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)
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web02同步web01
同步站点文件
[root@web01 ~]# scp -r /code/php 172.16.1.8:/code/
同步nginx配置
[root@web01 ~]# scp /etc/nginx/conf.d/linux.php.com.conf 172.16.1.8:/etc/nginx/conf.d/
授权目录
[root@web01 ~]# chown -R www.www /var/lib/php/session
[root@web02 ~]# chown -R www.www /code/
访问测试
#重启
[root@web02 ~]# systemctl restart nginx
#配置hosts
linux.php.com
#访问
http://linux.php.com/index.php
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配置负载均衡
配置
[root@lb01 ~]# vim /etc/nginx/conf.d/linux.php.com.conf
upstream phpmyadmin {
server 172.16.1.7;
server 172.16.1.8;
}
server {
listen 80;
server_name linux.php.com;
location / {
proxy_pass http://phpmyadmin;
include proxy_params;
}
}
[root@lb01 ~]# 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 ~]# systemctl restart nginx
访问
#配置hosts
10.0.0.4 linux.php.com
#访问报错
Failed to set session cookie. Maybe you are using HTTP instead of HTTPS to access phpMyAdmin.
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解决方式一
挂载session文件的目录
[root@web01 ~]# mount -t nfs 172.16.1.31:/data/wp /var/lib/php/session/
[root@web02 ~]# mount -t nfs 172.16.1.31:/data/wp /var/lib/php/session/
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解决方式二
使用redis实现session共享
安装redis
[root@db01 ~]# yum install -y redis
配置服务
[root@db01 ~]# vim /etc/redis.conf
bind 172.16.1.51
启动服务
[root@db01 ~]# systemctl start redis
#检查
[root@db01 ~]# netstat -lntp
tcp 0 0 172.16.1.51:6379 0.0.0.0:* LISTEN 13305/redis-server
修改PHP服务将session存储到redis
[root@web01 ~]# vim /etc/php.ini
#原配置
#session.save_handler = files
session.save_handler = redis
#;session.save_path = "/tmp"
session.save_path = "tcp://172.16.1.51:6379"
[root@web01 ~]# vim /etc/php-fpm.d/www.conf
#注释以下两行
;php_value[session.save_handler] = files
;php_value[session.save_path] = /var/lib/php/sessionl
重启
[root@web01 ~]# systemctl restart php-fpm
再次访问测试
http://linux.php.com/index.php
#登录没有问题
redis验证session
1.连接进入redis
[root@db01 ~]# redis-cli -h 172.16.1.51
2.查看所有key
172.16.1.51:6379> keys *
3.查看session的生存时间
172.16.1.51:6379> TTL PHPREDIS_SESSION:43948cd72f7589982cc3758f9d5c2b8d
(integer) 1265
4.退出
172.16.1.51:6379> quit