Linux——nginx 负载均衡

常规的web服务器一般提供对于静态资源的访问，比如说：图片、web样式

网站提供的大部分交互功能都需要web编程语言的支持，而web服务对于程序的调用，不管编译型语言还是解释型语言，web服务同将对于应用程序的调用递交给通用网关接口（CGI）。CGI 服务完成对于程序的调用和运行，并将运行结构通过CGI接口返回给web服务，由web服务生成响应报文。

此时在web服务的领域内，引入了LAMP等较为知名的web架构，使web页面提供应用服务成为一种可能，

随着web网站的发展，基本的web服务器容易出现性能瓶颈、响应缓慢等问题，为了解决这些问题，人们尝试通过一些技术手段解决这个问题，这一类技术都属于负载均衡技术，常用于进行负载均衡的服务有：HAProxy、Nginx、lvs等。除此之外，还可以结合dns负载均衡等技术，即一个域名映射多个IP地址等方式。

一、nginx 负载均衡实验

nginx 负载均衡实验过程整理如下：

[root@bogon ~]# systemctl disable --now httpd			// 确保80端口未被httpd 占用
[root@bogon ~]# systemctl start nginx.service 			// 启动nginx 服务
[root@bogon ~]# ps -elf | grep nginx 	
1 S root        5825       1  0  80   0 -  2875 sigsus 14:47 ?        00:00:00 nginx: master process /usr/sbin/nginx
5 S nginx       5826    5825  0  80   0 -  3964 ep_pol 14:47 ?        00:00:00 nginx: worker process
5 S nginx       5827    5825  0  80   0 -  3964 ep_pol 14:47 ?        00:00:00 nginx: worker process
0 S root        5833    2362  0  80   0 - 55417 pipe_r 14:47 pts/0    00:00:00 grep --color=auto nginx
// 恢复成默认的主配置文件，如果之前没有备份，可以使用在/etc/nginx/nginx.default 来恢复，略有不同，影响不大
[root@bogon ~]# cp /etc/nginx/nginx.conf /etc/nginx/nginx.conf_$(date +%s)		//备份当前配置文件
[root@bogon ~]# cp /etc/nginx/nginx.conf_1724661958 /etc/nginx/nginx.conf  // 恢复默认配置0
cp: overwrite '/etc/nginx/nginx.conf'? y
[root@bogon ~]# vim /etc/nginx/nginx.conf			// 暂时无需修改，额外的配置放在conf.d 目录下
[root@bogon ~]# ls /etc/nginx/conf.d/
[root@bogon ~]# vim /etc/nginx/conf.d/real_web.conf   // 这是一个新文件，全部内容如下：
server {
        listen  81;
        server_name     web1;
        root    /usr/share/nginx/real1;
        index index.html;
}
server {
        listen  82;
        server_name     web2;
        root    /usr/share/nginx/real2;
        index index.html;
}
server {
        listen  83;
        server_name     web3;
        root    /usr/share/nginx/real3;
        index index.html;
}

[root@bogon ~]# nginx -t
nginx: the configuration file /etc/nginx/nginx.conf syntax is ok
nginx: configuration file /etc/nginx/nginx.conf test is successful
[root@bogon ~]# systemctl reload nginx.service 
[root@bogon ~]# ss -anput | grep nginx 
tcp   LISTEN 0      511                   0.0.0.0:81            0.0.0.0:*    users:(("nginx",pid=6045,fd=16),("nginx",pid=6044,fd=16),("nginx",pid=5825,fd=16))
tcp   LISTEN 0      511                   0.0.0.0:80            0.0.0.0:*    users:(("nginx",pid=6045,fd=8),("nginx",pid=6044,fd=8),("nginx",pid=5825,fd=8))   
tcp   LISTEN 0      511                   0.0.0.0:83            0.0.0.0:*    users:(("nginx",pid=6045,fd=18),("nginx",pid=6044,fd=18),("nginx",pid=5825,fd=18))
tcp   LISTEN 0      511                   0.0.0.0:82            0.0.0.0:*    users:(("nginx",pid=6045,fd=17),("nginx",pid=6044,fd=17),("nginx",pid=5825,fd=17))
tcp   LISTEN 0      511                      [::]:80               [::]:*    users:(("nginx",pid=6045,fd=9),("nginx",pid=6044,fd=9),("nginx",pid=5825,fd=9))   
[root@bogon ~]# mkdir /usr/share/nginx/real{1,2,3}
[root@bogon ~]# ls /usr/share/nginx/
html  modules  real1  real2  real3
// 定义81-83 端口的index文件
[root@bogon ~]# echo "81 port real webserver " > /usr/share/nginx/real1/index.html
[root@bogon ~]# echo "82222 port real webserver " > /usr/share/nginx/real2/index.html
[root@bogon ~]# echo "33333 port real webserver " > /usr/share/nginx/real3/index.html
[root@bogon ~]# cat /usr/share/nginx/real1/index.html 
81 port real webserver 
[root@bogon ~]# cat /usr/share/nginx/real2/index.html 
82222 port real webserver 
[root@bogon ~]# cat /usr/share/nginx/real3/index.html 
33333 port real webserver 
// 访问测试
[root@bogon ~]# curl http://127.0.0.1:81
81 port real webserver 
[root@bogon ~]# curl http://127.0.0.1:82
82222 port real webserver 
[root@bogon ~]# curl http://127.0.0.1:83
33333 port real webserver 

// 定义后端工作池
[root@bogon ~]# vim /etc/nginx/conf.d/work_server.conf		// 新文件
[root@bogon ~]# cat  /etc/nginx/conf.d/work_server.conf
upstream realwebs {
	server 	127.0.0.1:81;
	server	127.0.0.1:82;
	server	127.0.0.1:83;
}
[root@bogon ~]# vim /etc/nginx/nginx.conf

[root@bogon ~]# nginx -t 
nginx: the configuration file /etc/nginx/nginx.conf syntax is ok
nginx: configuration file /etc/nginx/nginx.conf test is successful
[root@bogon ~]# systemctl reload nginx 
// 注意这里使用默认的80端口访问，也就是通过80端口访问到了81 82 83 端口的响应内容
[root@bogon ~]# curl http://127.0.0.1
81 port real webserver 
[root@bogon ~]# curl http://127.0.0.1
82222 port real webserver 
[root@bogon ~]# curl http://127.0.0.1
33333 port real webserver 
// 上面展示的负载均衡算法为轮询，在轮询时可以通过权重，让性能更好的节点多处理用户访问
[root@bogon ~]# cat  /etc/nginx/conf.d/work_server.conf
upstream realwebs {
	server 	127.0.0.1:81  weight=3;   // 设置81端口的权重为3，那么81-83 各个端口实际处理用户访问的比例大概为 3:1:1  未修改的情况下，默认所有节点的权重为1
	server	127.0.0.1:82;
	server	127.0.0.1:83;
}

[root@bogon ~]# nginx -t 
nginx: the configuration file /etc/nginx/nginx.conf syntax is ok
nginx: configuration file /etc/nginx/nginx.conf test is successful
[root@bogon ~]# systemctl reload nginx.service 
[root@bogon ~]# curl http://127.0.0.1
81 port real webserver 
[root@bogon ~]# curl http://127.0.0.1
82222 port real webserver 
[root@bogon ~]# curl http://127.0.0.1
81 port real webserver 
[root@bogon ~]# curl http://127.0.0.1
33333 port real webserver 
[root@bogon ~]# curl http://127.0.0.1
81 port real webserver 
[root@bogon ~]# curl http://127.0.0.1
81 port real webserver 
[root@bogon ~]# curl http://127.0.0.1
82222 port real webserver 
、
除此之外还可以设置nginx负载均衡的算法包括：
1、最少连接数  least_conn;
2、ip 哈希  	ip_hash;
只需要将对应的算法名称单独写入upstream配置块中即可，例如：

[root@bogon ~]# cat /etc/nginx/conf.d/work_server.conf
upstream realwebs {
	least_conn;
	server 	127.0.0.1:81 weight=3;
	server	127.0.0.1:82;
	server	127.0.0.1:83;
}

然而上图示例的架构中，在负载均衡也是就标记为前端节点的位置容易发生类似于

二、在ansible编写实验

[root@bogon ansible]# cat ansible.cfg
[defaults]
inventory = ./hosts
host_key_checking = false   
#修改默认值
[root@bogon ansible]# pwd
/root/ansible
[root@bogon ansible]# cat ansible.cfg 
[defaults]
inventory = ./hosts
host_key_checking = false
[root@bogon ansible]# cat hosts 
[realservers]
localhost

[proxyserver]
Localhost
#主机清单
[root@bogon ansible]# cat playbook.yml 
- hosts: all
  gather_facts: false
  tasks:
    - name: install nginx
      dnf: 
        name: nginx
        state: present
#下载nginx

    - name: start service
      service:
        name: nginx
        state: started
        enabled: true
#开启服务
    - name: real server config 
      copy:
        src: files/real_web.conf
#指定了要复制的源文件的路径
        dest: /etc/nginx/conf.d/real_web.conf
#目标路径
      # only run on realservers group
#任务仅当远程主机属于realservers组时才会执行
      when: '"realservers" in group_names'
#用于控制任务是否应该执行，条件表达式检查group_names（一个包含当前主机所属所有组的列表）中是否包含字符串"realservers"。如果包含，则条件为真，任务将执行；如果不包含，则条件为假，任务将被跳过。这确保了只有属于realservers组的主机才会执行这个复制操作。

    - name: deploy a test page
      debug: 
#debug模块通常用于在Ansible执行过程中输出信息，帮助调试playbook。
        msg: "this task should be replaced by a test file deploy task" 
      when: "'realservers' in group_names"
#条件表达式检查group_names中是否包含字符串'realservers'

    - name: proxy server config about wokring pool
      template:
#template模块用于将模板文件（包含变量和Jinja2模板语法的文件）渲染为实际文件，并将其复制到远程主机上。
        src: files/work_server.conf
#模板文件位于Ansible控制机的files/work_server.conf目录下。
        dest: /etc/nginx/conf.d/work_server.conf
#文件将被放置在/etc/nginx/conf.d/work_server.conf
      # only run proxyserver group
      when: '"proxyserver" in group_names'
    	

    - name: proxy server config proxy on default virtual server config
      blockinfile:
#blockinfile模块用于在指定的文件中插入一个文本块，可以在文件的特定行之前或之后插入，或者如果文本块已存在则不进行任何更改。
        block: |
          location / {
            proxy_pass http://realwebs;
          }
#block参数后跟了一个多行字符串（由|指示），它是要插入文件的内容。在这个例子中，它是一个Nginx的location块，它将所有对根URL（/）的请求代理到http://realwebs。
        insertbefore: '^        error_page 404 /404.html;$'
#insertbefore参数指定了插入位置。这意味着新的location块将被添加到这一行之前。
        path: /etc/nginx/nginx.conf
#path参数指定了要修改的文件的路径，这里是/etc/nginx/nginx.conf，即Nginx的主配置文件。
      # only run proxyserver group
      when: '"proxyserver" in group_names'
        #- include_tasks: proxy_tasks.yml
        #- when: '"proxyserver" not in group_names'
#将尝试在条件为'"proxyserver" not in group_names'时包含并执行proxy_tasks.yml文件中的任务。

    - name: restart service on all nodes
      service:
        name: nginx 
        state: reloaded
#重启Nginx服务

- name: test if all function works
  hosts: localhost
  gather_facts: false
#这告诉Ansible不要自动收集关于目标主机的信息（称为“facts”）。
  tasks: 
#这一行标志着任务列表的开始。
    - name: use loop to test
      uri:
#uri模块用于发送HTTP/HTTPS请求到指定的URL，并返回响应。
        url: http://localhost
#它指向http://localhost，意味着将向本地机器上的HTTP服务发送请求。
        return_content: true
#当设置为true时，它会将响应的内容作为任务的输出返回。
      register: reponses
#注册到一个名为reponses的变量中
      loop: [1, 2, 3]

    - name: debug test result
      debug:
#debug模块（在Ansible中）用于输出信息到控制台，通常用于调试目的。它可以显示变量的值或消息，帮助用户了解任务的执行状态和上下文。
        #var: reponses
#debug模块输出名为reponses的变量的值。
        msg: "{{ item.content }}"
#msg关键字用于指定debug模块将要显示的消息。
#item.content表示在循环的每次迭代中，都会尝试访问当前item（循环中的元素）的content属性或键的值。
      loop: "{{ reponses.results }}"
[root@bogon ansible]# cat files/real_web.conf 
server {
	listen	81;
#监听81端口
	server_name	web1;
#定义了Nginx服务器块处理的请求应该匹配哪个域名
	root	/usr/share/nginx/real1;
#Nginx将从/usr/share/nginx/real1目录中查找资源。
	index index.html;、
#Nginx应该尝试返回哪个文件作为响应。
}
server {
	listen	82;
	server_name	web2;
	root	/usr/share/nginx/real2;
	index index.html;
}
server {
	listen	83;
	server_name	web3;
	root	/usr/share/nginx/real3;
	index index.html;
}
[root@bogon ansible]# cat files/work_server.conf 
upstream realwebs {
	least_conn;
	server 	127.0.0.1:81 weight=3;
	server	127.0.0.1:82;
	server	127.0.0.1:83;

}
[root@bogon ansible]# ansible-playbook playbook.yml --ask-pass

因为设置了权重所以三次测试，代理节点并不会依次分发给81到82端口，81端口响应的次数更多，且每一次测试结果不一致