企业架构LNMP高可用负载均衡服务器

企业架构LNMP高可用负载均衡服务器之Nginx

  • 一、背景描述及其方案设计
    • 1、业务背景描述
    • 2、模拟运维设计方案
  • 二、服务器基本环境部署
    • 1、克隆复制虚拟机
    • 2、基础环境配置
  • 三、负载均衡服务器搭建
    • 1、引入负载均衡技术
    • 2、负载均衡分类
    • 3、常见实现方式
    • 4、Nginx负载均衡配置
    • 5、查看确认负载均衡
    • 6、负载均衡后获取客户端IP
    • 7、upstream中server的关键字
    • 8、session一致性问题
    • 9、Nginx的负载均衡算法
    • 10、实现负载均衡高可用

学习目标和内容

1、能够描述负载均衡的作用

2、能够了解负载均衡常见实现方式

3、能够使用Nginx实现负载均衡

4、能够描述Nginx的常见负载均衡算法

一、背景描述及其方案设计

1、业务背景描述

时间:2011.6.-2013.9

发布产品类型:互联网动态站点 商城

⽤户数量: 4000-8000(用户量猛增)

PV : 16000-100000(24⼩时访问次数总和)

QPS: 50-100*(每秒访问次数)

DAU: 400-800(每日活跃用户数)

​ 随着业务量骤增,之前单点服务器,已经不能够满足业务使用需要。如果主服务器宕机,备服务器提供服务,因为流量太大,备也宕机。需要多台服务器,同时提供服务。

2、模拟运维设计方案

企业架构LNMP高可用负载均衡服务器_第1张图片

以上架构服务器,已经不能够满足以上提到的业务需求。架构发生如下变化

企业架构LNMP高可用负载均衡服务器_第2张图片

二、服务器基本环境部署

1、克隆复制虚拟机

server01 web1 192.168.17.102

server02 mysql 192.168.17.100

server03 web2 192.168.17.101

server04 lb load balance 192.168.17.103

2、基础环境配置

网卡IP、主机名称、hosts解析

三、负载均衡服务器搭建

1、引入负载均衡技术

负载均衡技术 (load blance) 是一种概念 把资源的使用进行平均分配。

负载均衡:分发流量、请求到不同的服务器。使流量平均分配(理想的状态的)

作用:

服务器容灾 流量分发

主要作用:

①流量分发 请求平均 降低单例压力

其他作用:

②安全 隐藏后端真实服务

③屏蔽非法请求(七层负载均衡)

2、负载均衡分类

企业架构LNMP高可用负载均衡服务器_第3张图片

1)二层负载均衡(mac)

根据OSI模型分的二层进行负载,一般是用虚拟mac地址方式,外部对虚拟MAC地址请求,负载均衡接收后,再分配后端实际的MAC地址响应

**2)三层负载均衡(ip) **

一般采用虚拟IP地址方式,外部对虚拟的ip地址请求,负载均衡接收后,再分配后端实际的IP地址响应

3)四层负载均衡(tcp) 网络运输层面的负载均衡

在三层负载均衡的基础上,用ip+port接收请求,再转发到对应的机器

4)七层负载均衡(http) 智能型负载均衡

根据虚拟的url或IP,主机接收请求,再转向(反向代理)相应的处理服务器

3、常见实现方式

实现方式分类:

①软件级别 性价比高 可控性强

②硬件级别 性能好 价格高 几万到几十万不等

硬件是实现方式:

F5 BIG-IP 四层和七层

软件实现方式:

OSI分层 实现方式
七层 Nginx、HAProxy
四层 LVS、HAProxy、Nginx(1.9版本后)

企业架构LNMP高可用负载均衡服务器_第4张图片

四层和七层对比:

企业架构LNMP高可用负载均衡服务器_第5张图片

4、Nginx负载均衡配置

官方文档:http://nginx.org/en/docs/http/ngx_http_upstream_module.html

架构分析:

①用户访问请求Nginx负载均衡服务器

②Nginx负载均衡服务器再分发请求到web服务器

实际配置负载均衡,只需修改作为负载均衡服务器的Nginx即可。当前架构中的server04

①在客户端解析域名到负载均衡服务器

②在负载均衡的Nginx配置

#注意本次架构中  server04的Nginx服务器是负载均衡服务器
shell > cd /usr/local/nginx/conf/nginx.conf

配置文件示例

#在http段进行配置
#分发请求到后端服务器
upstream shop {
    #web1 server01
    server 192.168.17.102;
    #web2 server02
    server 192.168.17.101;
}
#修改之前的shop的server段配置
server {
    listen 80;
    server_name www.shop.com;
    location / {
        #代理转发到shop段  匹配到上面的upstream
        proxy_pass http://shop;
        #以下两条配置,实质是设置了传输的header头信息  
        #传输域名给后端服务器  进行识别  方便匹配对应server虚拟主机
        proxy_set_header Host $host;
        #发送客户端IP  给后端服务器  用来方便后端服务器识别用户真实IP
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
    }
}

③重载负载均衡服务器Nginx配置测试查看效果

可以停掉其中一台web服务器进行测试

5、查看确认负载均衡

如何确认服务器是否实现了负载均衡?

①在不同的web服务器同路由访问的文件中,写入不同的信息,以示区别。

②通过查看后端web服务器的访问日志进行确定

方法一:在不同服务器写入不同信息

①分别修改web服务器的信息

shell > vim /usr/local/nginx/html/tp5shop/application/home/controller/Base.php

写入一个动态参数,根据php语法自动调用当前主机名称

企业架构LNMP高可用负载均衡服务器_第6张图片

②访问查看负载均衡效果

企业架构LNMP高可用负载均衡服务器_第7张图片

方法二:查看后端web服务器的访问日志

shell > cat /usr/local/nginx/logs/access.log

6、负载均衡后获取客户端IP

负载均衡之后,在后端的web服务器获取到的是负载均衡服务器的IP,而不能够获取到客户端的真实IP。

需要进行以下特殊配置:

①首先在负载均衡服务器中配置,转发客户端IP给后端web服务器

②后端web服务器需要配置,识别从负载均衡服务器传输过来的客户端真实IP

官方网址:http://nginx.org/en/docs/http/ngx_http_realip_module.html

使用ngx_http_realip_module模块提供的set_real_ip_from语法,默认此模块没有安装,需要编译时添加编译参数

web服务器上配置set_real_ip_from 代表从哪儿来源的IP,需要识别真实客户端IP

示例配置:

#此配置在web服务器上的nginx
#可配置到http、server、location中,推荐配置到server中
#配置需要识别的IP来源   负载均衡的IP
set_real_ip_from  192.168.17.103

7、upstream中server的关键字

upstream中的分发之后的几个关键字:

backup 备 其他的没有backup标识的都无响应,才分发到backup

down 此条配置,不会被分发到

upstream shop {
    server 192.168.17.102 down;
    server 192.168.17.101 backup;
}

8、session一致性问题

访问管理后端页面,登录发现验证码不通过

企业架构LNMP高可用负载均衡服务器_第8张图片

分析原因:

①比如分发到web1服务器,生成验证码,存储到session中,默认在服务器本地

②再次校验的时候,请求分发到web2服务器了,所有验证码一直校验不通过

解决方案思路:

①生成和验证session都请求同一台服务器

②共享session nfs mysql 内存缓存软件(memcached、redis)

9、Nginx的负载均衡算法

Nginx 官方默认3种负载均衡的算法

Round-Robin RR轮询(默认) 一次一个的来(理论上的,实际实验可能会有间隔)

weight 权重 权重高多分发一些 服务器硬件更好的设置权重更高一些

ip_hash 同一个IP,所有的访问都分发到同一个web服务器

Tip:

第三方模块实现的调度算法 需要编译安装第三方模块

④fair 根据后端服务器的繁忙程度 将请求发到非繁忙的后端服务器

⑤url_hash 如果客户端访问的url是同一个,将转发到同一台后端服务器

验证一:验证加权轮询算法

示例配置:

upstream shop {
    #web1 server01
    server 192.168.17.102 weight=5;
    #web2 server02
    server 192.168.17.101 weight=3;
}

server01 web 1 1 1 1 1 1

server03 web 2 1 1 1

8次中,server01分发5次,server03分发3次

验证二:ip一致性算法

示例配置:

upstream shop {
    #ip hash 一致性算法配置  设置此项  weight就失效了
    ip_hash;
    #web1 server01
    server 192.168.17.102 weight=5;
    #web2 server02
    server 192.168.17.101 weight=3;
}

10、实现负载均衡高可用

所有的请求流量,都要经过负载均衡服务器,负载均衡服务器压力很大,防止它宕机,导致后端服务所有都不可用,需要对负载均衡服务器,做高可用

企业架构LNMP高可用负载均衡服务器_第9张图片

给负载均衡服务器server04做一台备用服务器server05,通过keepalived实现高可用。

通过keepalived实现VIP在负载均衡服务器组的切换。

server04 master LB 192.168.17.103

server05 backup LB 192.168.17.50

主负载均衡的keepalived配置

vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    interface eth0
    #虚拟路由ID 新ID 不要之前的冲突
    virtual_router_id 52
    priority 100
    nopreempt
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        #添加新VIP
        192.168.17.201
    }
    track_script {
        check_nginx
    }
}

备负载均衡的keepalived配置

vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    interface eth0
    #修改route_id
    virtual_router_id 52
    priority 99
    nopreempt
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    #unicast_src_ip 192.168.17.101
    #unicast_peer {
    #    192.168.17.102
    #}
    virtual_ipaddress {
        #新VIP
        192.168.17.201
    }
    track_script {
        check_nginx
    }
}

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