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2020
05-05

Nginx负载均衡配置与负载策略


原理


负载均衡的目的是为了解决单个节点压力过大,造成Web服务响应过慢,严重的情况下导致服务瘫痪,无法正常提供服务。


应用场景


通常一个访问量非常大的Web网站(比如:淘宝、京东、12306等),由于一个Web服务同时能处理的用户并发请求的数量有限,同时还有机器故障的情况,所以一个Web站点通常会在N台机器上各部署一套同样的程序。

当某一个服务挂掉的时候,还有第二个、第三个、第N个服务。。。继续为用户提供服务,给用户的感觉,你的服务还在正常的运行!

在这些提供同样服务的机器当中,在硬件配置方面也各不一样,这样就会存在部份机器性能非常好,能快速计算并响应用户的请求,另外一部份机器可能配置差点,响应用户的请求的时间会长一些。


这就需要我们思考一个问题?

如果有一个服务正在同时处理1000个用户的请求,这个服务的上限可能最多能同时处理1000个用户的请求,这时它已经很忙了,如果此时又有一个新请求过来,我们仍然把这个请求分配给这台机器,这时候这个请求就只能在干等着,等这个服务处理完那些请求后,再继续处理它。

这样在浏览器中的反应就像12306我们在春节买票一样,卡在那不动了,让用户眼巴巴的干着急。

而能提供同样服务的其它机器,这时确很空闲。这样不仅是对服务器资源的浪费,也充分发挥不出弄多台服务器装同一个服务的最高价值。


我们通常称对某一台机器的访问量称为负载量,如何将一个用户的请求,合理的分配到一台能快速响应用户请求的服务器上,我们就需要用到一些负载策略。也就体现出了文章主题的用意了:

负载均衡,将用户的所有HTTP请求均衡的分配到每一台机器上,充分发挥所有机器的性能,提高服务的质量和用户体验。

负载均衡可以通过负载均衡网络硬件设备和Web服务器软件来实现,前者设备成本较高,小公司通常负担不起,所以后者一般是我们的首选。

实现负载均衡常用的Web服务器软件有Nginx、HAProxy、LVS、Apache,本文主要介绍Nginx的负载均衡策略


一、内置负载策略

Nginx负载均衡是通过upstream模块来实现的,内置实现了三种负载策略,配置还是比较简单的。

  • 轮循(默认)

Nginx根据请求次数,将每个请求均匀分配到每台服务器

  • 最少连接

将请求分配给连接数最少的服务器。Nginx会统计哪些服务器的连接数最少。

  • IP Hash

绑定处理请求的服务器。第一次请求时,根据该客户端的IP算出一个HASH值,将请求分配到集群中的某一台服务器上。后面该客户端的所有请求,都将通过HASH算法,找到之前处理这台客户端请求的服务器,然后将请求交给它来处理。


轮循


http {

    # ... 省略其它配置

    upstream tomcats {
        server 192.168.0.100:8080;
        server 192.168.0.101:8080;
        server example.com:8080;
    }

    server {
        listen 80;

        location / {
            proxy_pass http://tomcats;
        }
    }

    # ... 省略其它配置
}


①proxy_pass http://tomcats:表示将所有请求转发到tomcats服务器组中配置的某一台服务器上。

②upstream模块:配置反向代理服务器组,Nginx会根据配置,将请求分发给组里的某一台服务器。tomcats是服务器组的名称。

③upstream模块下的server指令:配置处理请求的服务器IP或域名,端口可选,不配置默认使用80端口。


通过上面的配置,Nginx默认将请求依次分配给100,101,102来处理,可以通过修改下面这些参数来改变默认的分配策略:


weight

默认为1,将请求平均分配给每台server

upstream tomcats {
    server 192.168.0.100:8080 weight=2;  # 2/6次
    server 192.168.0.101:8080 weight=3;  # 3/6次
    server 192.168.0.102:8080 weight=1;  # 1/6次
}

上例配置,表示6次请求中,100分配2次,101分配3次,102分配1次


①max_fails

默认为1。

某台Server允许请求失败的次数,超过最大次数后,在fail_timeout时间内,新的请求将不会分配给这台机器。如果设置为0,Nginx会将这台Server置为永久无效状态,然后将请求发给定义了proxy_next_upstream, fastcgi_next_upstream, uwsgi_next_upstream, scgi_next_upstream, and memcached_next_upstream指令来处理这次错误的请求。


②fail_timeout

默认为10秒。

某台Server达到max_fails次失败请求后,在fail_timeout期间内,nginx会认为这台Server暂时不可用,不会将请求分配给它

upstream tomcats {
    server 192.168.0.100:8080 weight=2 max_fails=3 fail_timeout=15;
    server 192.168.0.101:8080 weight=3;
    server 192.168.0.102:8080 weight=1;
}

192.168.0.100这台机器,如果有3次请求失败,nginx在15秒内,不会将新的请求分配给它。


③backup

备份机,所有服务器挂了之后才会生效

upstream tomcats {
    server 192.168.0.100:8080 weight=2 max_fails=3 fail_timeout=15;
    server 192.168.0.101:8080 weight=3;

    server 192.168.0.102:8080 backup;
}
 

在100和101都挂了之前,102为不可用状态,不会将请求分配给它。只有当100和101都挂了,102才会被启用。


④down

标识某一台server不可用。可能能通过某些参数动态的激活它吧,要不真没啥用。

upstream tomcats {
    server 192.168.0.100:8080 weight=2 max_fails=3 fail_timeout=15;

    server 192.168.0.101:8080 down;

    server 192.168.0.102:8080 backup;
}

表示101这台Server为无效状态,不会将请求分配给它。


⑤max_conns

限制分配给某台Server处理的最大连接数量,超过这个数量,将不会分配新的连接给它。默认为0,表示不限制。注意:1.5.9之后的版本才有这个配置

upstream tomcats {
    server 192.168.0.100:8080 max_conns=1000;
}

表示最多给100这台Server分配1000个请求,如果这台Server正在处理1000个请求,nginx将不会分配新的请求给到它。假如有一个请求处理完了,还剩下999个请求在处理,这时nginx也会将新的请求分配给它。


⑥resolve

将server指令配置的域名,指定域名解析服务器。需要在http模块下配置resolver指令,指定域名解析服务

http {
    resolver 10.0.0.1;

    upstream u {
        zone ...;
        ...
        server example.com resolve;
    }
}

示http://example.com域名,由10.0.0.1服务器来负责解析。


二、第三方负载策略


1 fair

根据服务器的响应时间来分配请求,响应时间短的优先分配,即负载压力小的优先会分配。

由于fair模块是第三方提供的,所以在编译nginx源码的时候,需要将fair添加到nginx模块中。

假设我的nginx是通过源码安装的,安装在/opt/nginx目录下,而且安装时没有添加fair模块


1> 下载fair模块源码
下载地址:https://github.com/xyang0917/nginx-upstream-fair

cd /opt
wget https://github.com/xyang0917/nginx-upstream-fair/archive/master.zip
unzip master.zip

解压后的目录名为:nginx-upstream-fair-master


2> 重新编译nginx,将fair模块添加到编译参数
nginx源码目录在/opt/nginx-1.10.0

cd /opt/nginx-nginx-1.10.0
./configure --prefix=/opt/nginx --add-module=/opt/nginx-upstream-fair-master
make

注意:不要执行make install,这样会覆盖之前nginx的配置


3> 将新编译的nginx可执行程序拷贝到/opt/nginx/sbin/目录下,覆盖之前安装的nginx

编译后的nginx执行程序,放在nginx源码的objs目录下

ps -aux | grep nginx
kill -9 nginx进程ID  # 停止nginx服务
cp /opt/nginx-1.10.0/objs/nginx /opt/nginx/sbin/  # 覆盖旧的nginx
nginx # 启动服务

配置使用fair负载策略模块:

upstream tomcats {
    fair;
    server 192.168.0.100:8080;
    server 192.168.0.101:8080;
    server 192.168.0.102:8080;
}

由于采用fair负载策略,配置weigth参数改变负载权重将无效。


2  url_hash

按请求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,服务器做缓存时比较有效。

1.7.2版本以后,url_hash模块已经集成到了nginx源码当中,不需要单独安装。

之前的版本仍需要单独安装,下载地址:https://github.com/evanmiller/nginx_upstream_hash

安装方法和fair模块一样,先下载url_hash源码,然后重新编译nginx源码,将url_hash模块添加到编译配置参数当中,最后将编译后生成的nginx二进制文件替换之前安装的nginx二进制文件即可。

upstream tomcats {
    server 192.168.0.100:8080;
    server 192.168.0.101:8080;
    server 192.168.0.102:8080;
    hash $request_uri;
}


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