Nginx实现负载均衡

Nginx实现负载均衡
负载均衡的作用

1、解决单点故障，让web服务器构成一个集群

2、将请求平均下发给后端的web服务器

负载均衡的软硬件介绍

负载均衡软件：

# nginx
四层负载均衡：stream（nginx 1.9版本以后有stream模块，才可以做四层负载）
七层负载均衡：upstream模块

# HAproxy
四层负载均衡
四层负载均衡

# LVS
只能做四层负载：不识别域名，只识别端口。也就是只能做端口转发、端口代理。但同样四层，LVS的速度是最快的。why？

LVS，它是直接把你物理服务器变成硬件的负载均衡。

用命令 ipvsadm

修改网络和路由配置，直接这台机器变负载均衡。请求到达服务器就直接向后转发了，无需经过像nginx这些应用
   
###软件如何选？
中小型：nginx
大型互联网公司：前端LVS做四层转发，后端nginx做七层转发

负载均衡硬件：

F5、Netscaler等。淘宝、赶集网、新浪等公司使用过 Netscaler 负载均衡产品。

###硬件如何选型？

当企业业务重要、技术力量又薄弱，并且希望出钱购买产品及获取更好的服务时，可以选择硬件负载均衡产品，如 F5、Netscaler等，此类公司多为传统的大型非互联网企业，如银行、证券、金融、宝马、奔驰等。

对于门户网站来说，大多会并用软件及硬件产品来分担单一产品的风险，如淘宝、腾讯、新浪等。融资企业可能会购买硬件产品，如赶集等网站。

中小型互联网企业由于起步阶段无利润或者利润很低，会希望通过使用开源免费的方案来解决问题，因此会雇用专门的运维人员进行维护。

相比较而言，商业的负载均衡产品成本高、性能好，更稳定，缺点是不能二次开发，开源的负载均衡软件对运维人员的能力要求较高，如果运维及开发能力强，那么开源软件的负载均衡是不错的选择，目前的互联网行业更偏向使用开源的负载均衡软件
云服务的负载均衡：

阿里云：SLB

亚马逊上被称作ELB

各种叫法不同，作用都是一样的

七层和四层的区别
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。

四层，走四层 传输层

七层，走七层 应用层

区别：四层较快，但无法识别域名，七层可以识别域名

nginx实现简单负载均衡

简单架构图：

环境准备

简单web站点准备

# web01 web02
gzip -r /etc/nginx/conf.d/* （可以把conf.d目录下之前的配置都打包备份）
cd /etc/nginx/conf.d
vim lb.xxx.conf

server{
      listen 9999;  #开放9999端口
      server_name lb.xxx.com;
      root /code/lb;
      index index.html;
}


# 创建站点目录
mkdir -p /code/lb

# 创建index.html
echo 'web01' > /code/lb/index.html   //web01的配置
echo 'web02' > /code/lb/index.html   //web02的配置

# 检测语法并重启
nginx -t
systemctl reload nginx

# 检查端口
[root@web01 /code/lb]# netstat -lntup
Active Internet connections (only servers)
Proto Recv-Q Send-Q Local Address           Foreign Address         State       PID/Program name    
tcp        0      0 127.0.0.1:9000          0.0.0.0:*               LISTEN      10916/php-fpm: mast
tcp        0      0 0.0.0.0:9999            0.0.0.0:*               LISTEN      15540/nginx: master
...

# 本地域名解析
#10.0.0.5 lb.xxx.com
10.0.0.7 lb.xxx.com
#10.0.0.8 lb.xxx.com

# 分别访问web01和web02

负载均衡配置（lb01）

# lb01
[root@lb01 ~]# cd /etc/nginx/conf.d
[root@lb01 /etc/nginx/conf.d]# vim lb.conf
upstream www_pools{      #//自定义服务器池名www_pools，这里包括web01和web02两个web节点
      server 172.16.1.7:9999;
      server 172.16.1.8:9999;
}
server {       #//定义代理的负载均衡域名虚拟主机  
      listen 80;
      server_name lb.xxx.com;
      location / {
              proxy_pass http://www_pools;    #//访问lb.xxx.com，请求发给www_pools里面的节点
              include /etc/nginx/conf.d/proxy_params;   #//反向代理参数
      }
}

[root@lb01 /etc/nginx/conf.d]# cat proxy_params
proxy_set_header Host $host;
proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;

proxy_connect_timeout 30;
proxy_send_timeout 60;
proxy_read_timeout 60;

proxy_buffering on;
proxy_buffer_size 32k;
proxy_buffers 4 128k;

# 检查语法，重载nginx
nginx -t
nginx -s reload

# 本地域名解析
10.0.0.5 lb.xxx.com
#10.0.0.7 lb.xxx.com  
#10.0.0.8 lb.xxx.com  


# 访问。此时刷新浏览器，一次访问web01，下一次访问web02

负载均衡核心组件Upstream模块

Nginx实现负载均衡的组件主要有两个。一个是proxy模块，还有一个是upstream模块ngx_http_upstream_module，这是nginx实现负载均衡的核心组件。它支持的代理方式包括proxy_pass、fastcgi_pass、memcached_pass等，新版Nginx支持的方式有所增加。我们主要针对proxy_pass代理方式讲解。

ngx_http_upstream_module模块允许Nginx定义一组或多组web节点（服务器节点），使用时可以通过proxy_pass把网站的请求发送到事先定义好的upstream组上。具体写法为：proxy_pass http://abc 。其中abc就是一个upstream组名。 

注意upstream 仅仅是定义服务器池，并不会直接处理用户的请求，必须要有其他方式将请求转给这个服务器池（比如proxy_pass）才行。

upstream模块的内容应放于http{}层，即与server层平齐。其默认调度算法为wrr（weight默认为1，即rr）

官方网站：

https://nginx.org/en/docs/http/ngx_http_upstream_module.html



Upstream模块语法



# 基本配置示例
upstream www_pools{      #//upstream为关键字，必须要有，www_pools为自定义组名
      server 172.16.1.7:9999  weight=5;    
      server 172.16.1.8:9999  weight=10;
      server 172.16.1.9:9999  weight=15; #//server为固定关键字，后面可以接域名或IP。如不指定端口，默认80
}

# 较完整的upstream配置示例
upstream backend {                                  
server 10.0.0.7;   #//此标签等价于下面标签，多出来的是默认值，可以不写
server 10.0.0.8:80 weight=1 max_fails=2 fail_timeout=10s;
}

参数解释：
weight         #weight代表服务器权重，数值越大被分配的请求越多。默认值为1
max_fails      #Nginx尝试连接后端主机失败的次数，默认1，京东1，建议2-3次
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，常规业务建议2-3s（比如京东是3s）
down           该服务器不可用。配合ip_hash使用

比如 max_fails=2 fail_timeout=10s 意思是2次连续检测失败后，间隔10s在重新检测。

# 使用域名及socket的示例
upstream backend {                                      
  server backend1.example.com weight=5;
  server backend2.example.com:8080;           #//域名+端口。
  server unix:/tmp/backend3;                  #//指定socket文件
  server backup1.example.com:8080   backup;   #//backup表示备份服务器（备节点），其他服务器都不可访问时启用。
  server backup2.example.com:8080   backup;
}

ps: server后面如果接域名，需要内网有DNS服务器或者在负载均衡的hosts文件做域名解析。

Upstream模块调度算法

调度算法一般分为以下两类：—类为静态调度算法，即负载均衡器根据自身设定的规则进行分配，不需要考虑后端节点服务器情況。例如rr、wrr、ip_ hash都属于静态调度算法。第二类为动态调度算法，即负载均衡器会根据后端节点的当前状态来决定是否分发请求。例如：连接数少的优先获得请求，响应时间短的优先获得请求。least_conn 、fair等属于动态调度算法。

Upstream模块调度算法

调度算法一般分为以下两类：—类为静态调度算法，即负载均衡器根据自身设定的规则进行分配，不需要考虑后端节点服务器情況。例如rr、wrr、ip_ hash都属于静态调度算法。第二类为动态调度算法，即负载均衡器会根据后端节点的当前状态来决定是否分发请求。例如：连接数少的优先获得请求，响应时间短的优先获得请求。least_conn 、fair等属于动态调度算法。

1、rr轮询（Round Robin，默认调度算法，静态调度算法）
	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；
2、wrr轮询（weight Round Robin，权重轮询，静态调度算法）
	在轮询算法的基础上加上权重weight，权重轮询和访问成正比，权重值越大，转发的请求也就越多；
3、ip_hash（静态调度算法)
	每个请求按访问的IP的hash结果分配，当新的请求到达时，先将其客户端IP通过哈希算法希出一个值，在随后请求中客户端ip的哈希值只要相同，就会被分值至同一台服务器，该调度算法可以解决网页session共享问题，但有时会导致请求分配不均和无法保证相对的负载均衡；
	注意：当调度算法是ip_hash 时，后端服务器中负载均衡调度中的状态不能有weight和backup，即使有也不会生效。
4、fair（动态调度算法）
	按照后端服务器节点的响应时间来智能分配请求，响应时间短的优先分配，这中调度算法是更加智能的算法，这种算法可以依据页面大小和加载时间长短智能的进行负载均衡，nginx本身不支持fair，需要下载nginx的upstream_fair模块；
5、least_conn（动态调度算法）
	根据后端节点的连接数来决定分配情况，哪个后端节点连接数少就连接哪个；
6、url_hash
	与ip_hash调度算法类似，但url_hash是按访问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，这当后端服务器是缓存服务器时效果更显著；

加权轮询的例子

[root@lb01 /etc/nginx/conf.d]# cat lb.xxx.conf
upstream lb.xxx.com{
server 172.16.1.7:9999 weight=3;  #//实测这样配置是先一次web01，再两次web02（1:2)
server 172.16.1.8:9999 weight=6;
}
server {
listen 80;
server_name lb.xxx.com;

location / {
proxy_pass http://lb.xxx.com;
include /etc/nginx/conf.d/proxy_params;
}
}

ip_hash的例子

upstream lb.xxx.com{
      ip_hash;    #//加一下即可。这时它就一直访问web01。如果.8在上面就一直访问web02
      server 172.16.1.7:9999;
      server 172.16.1.8:9999;
      server 172.16.1.9:9999;
}
server {
      listen 80;
      server_name lb.xxx.com;

location / {
      proxy_pass http://lb.xxx.com;
      include /etc/nginx/conf.d/proxy_params;
      }
}

注意用ip_hash时不要再写入weight和backup两个参数，即使写了也不会生效