Nginx實現負載均衡的專案實踐

2022-03-18 13:00:51

一、Nginx介紹

Nginx是一款高效能的Http和反向代理伺服器，也是一個IMAP/POP3/SMTP伺服器（電子郵件代理），最早開發這個產品的目的之一也是作為郵件代理伺服器。因它的穩定性、豐富的功能集、範例組態檔和低系統資源的消耗及其高並行效能強而廣泛應用於各種生產部署之中。而且nginx是基於事件驅動模型（epoll）實現的I/O多路複用，並通過非同步、非阻塞的方式處理請求。在高連線並行的情況下，Nginx是Apache伺服器不錯的替代品。而我們為什麼要選擇Nginx呢？

二、Nginx特點

高並行、高效能；
高可靠（可以7*24小時不間斷執行）；
可延伸性強（高度模組化設計，新增模組平穩）；
作為 Web 伺服器：相比 Apache，Nginx 使用更少的資源，支援更多的並行連線；
作為負載均衡伺服器：可以進行自定義設定，支援虛擬主機、支援URL重定向、支援網路監控等。
Nginx 安裝非常的簡單，組態檔非常簡潔（還能夠支援perl語法），Bugs少；
處理靜態檔案，索引檔案以及自動索引；
反向代理加速(無快取)，簡單的負載均衡和容錯；
支援熱部署（可在不停止伺服器的情況下升級nginx）。

這就是為什麼要選擇Nginx的原因。而且Nginx的功能特點還不止這些，上面只是簡單列舉了幾點常見功能。

三、Nginx負載均衡

在我們實際生產中，一臺伺服器的處理能力、儲存空間是有限的，不要企圖去換更強大的伺服器，對大型網站而言，不管多麼強大的伺服器，都滿足不了網站持續增長的業務需求。這種情況下，更恰當的做法是增加一臺伺服器來分擔原有伺服器的存取及儲存壓力。實際上這就是我們所謂的負載均衡，Nginx作為負載均衡伺服器，它通過反向代理來對後端多臺伺服器負載均衡。首先來說一下Nginx負載均衡策略及負載均衡演演算法。

3.1 認識 upstream 模組

upstream 這個模組是寫一組被代理的伺服器地址（即定義的後端伺服器列表中選取一臺伺服器接受使用者的請求），然後設定負載均衡的演演算法。來看一下最基本的負載均衡範例：

upstream test { 
      server 10.20.151.114:80;
      server 10.20.151.115:80;
}
server {
      ....
      location / {         
             proxy_pass  http://test;     --請求轉向 test 定義的伺服器列表         
      }

3.2 Nginx負載均衡策略

（1）輪詢

最基本的設定方法，上面的例子就是輪詢的方式，它是upstream模組預設的負載均衡預設策略。每個請求會按時間順序逐一分配到不同的後端伺服器。

upstream test { 
      server 10.20.151.114:80; weight=1;
      server 10.20.151.115:80; weight=2;
}

（2）ip_hash

每個請求按存取IP的hash結果分配，同一個IP使用者端固定存取一個後端伺服器。可以保證來自同一ip的請求被打到固定的機器上，可以解決session問題。

upstream test { 
	  ip_hash;  --同一個IP使用者端固定存取一個後端伺服器
      server 10.20.151.114:80; weight=1;
      server 10.20.151.115:80; weight=2;
}

（3）url_hash

按存取url的hash結果來分配請求，使每個url定向到同一個後端伺服器。一旦快取住了資源，再此收到請求，就可以從快取中讀取。

upstream test { 
	  hash $request_uri;  --實現每個url定向到同一個後端伺服器
      server 10.20.151.114:80; weight=1;
      server 10.20.151.115:80; weight=2;
}

（4）least_conn

把請求轉發給連線數較少的後端伺服器。輪詢演演算法是把請求平均的轉發給各個後端，使它們的負載大致相同；但是，有些請求佔用的時間很長，會導致其所在的後端負載較高。這種情況下，least_conn這種方式就可以達到更好的負載均衡效果。

upstream test { 
	  least_conn;  --把請求轉發給連線數較少的後端伺服器
      server 10.20.151.114:80; weight=1;
      server 10.20.151.115:80; weight=2;
}

（5）weight

權重方式，在輪詢策略的基礎上指定輪詢的機率。

upstream test { 
      server 10.20.151.114:80; weight=1;
      server 10.20.151.115:80; weight=2;  --輪詢的機率相對上一條要大
}

（6）fair

此種演演算法可以依據頁面大小和載入時間長短智慧地進行負載均衡，也就是根據後端伺服器的響應時間來分配請求，響應時間短的優先分配。

upstream test { 
      server 10.20.151.114:80; weight=1;
      server 10.20.151.115:80; weight=2;
      fair;  --實現響應時間短的優先分配
}

nginx負載均衡設定狀態引數

down：表示當前的server暫時不參與負載均衡。
backup：預留的備份機器。當其他所有的非backup機器出現故障或者忙的時候，才會請求backup機器，因此這臺機器的壓力最輕。
max_fails：允許請求失敗的次數，預設為1。當超過最大次數時，返回proxy_next_upstream 模組定義的錯誤。
fail_timeout：在經歷了max_fails次失敗後，暫停服務的時間單位秒。max_fails可以和fail_timeout一起使用。

Nginx可分為二層、三層、四層、七層負載均衡。所謂的二層就是基於MAC地址的負載均衡，三層就是基於IP地址的負載均衡，四層就是基於IP+埠的負載均衡，七層就是基於URL等應用層資訊的負載均衡。因篇幅較長這裡不再做具體的介紹，有興趣的可自行百度。這裡以七層負載均衡來做範例。

3.3 Nginx負載均衡範例

環境準備：準備3臺Nginx伺服器，一臺作為負載均衡伺服器，其它兩臺作為後端伺服器。

10.20.151.240 ----proxy_server（負載均衡伺服器）

10.20.151.112 ----server1（後端伺服器1）

10.20.151.113 ----server2（後端伺服器2）

（1）負載均衡伺服器設定

vim /etc/nginx/nginx.conf        --設定主組態檔
vim /etc/nginx/conf.d/test.conf  --設定子組態檔

（2）後端伺服器設定

vim /usr/local/nginx/conf/nginx.conf    --修改組態檔
vim /usr/local/nginx/html/index.html    --新增測試資料

（3）負載均衡測試

在瀏覽器端存取http://10.20.151.240/，在實際生產中，這兩個頁面返回的結果是一樣的，這裡是為了測試效果，所以返回了不同的內容。而為什麼重新整理後又會返回不同結果呢？那是因為負載均衡預設的均衡策略（或演演算法）是輪詢，所以每重新整理一次就會從不同的後端伺服器返回不同的請求結果，減輕單個後端伺服器的存取量，提升使用者端的存取效率，從而達到負載均衡的效果。

當我新增權重（weight）時

再次存取http://10.20.151.240/

加權重和沒加權重有什麼區別呢？在實際生產中，我們一般會將設定較高的伺服器的權重設定高一點，其實就是使用者端在存取時，權重較高的伺服器會被多次請求，這樣能減輕設定較低的伺服器的請求量，從而更好的實現負載均衡。

當我新增backup狀態引數時

再次存取http://10.20.151.240/

此時我故意停掉第一臺後端伺服器，繼續存取http://10.20.151.240/

當我給113這臺後端伺服器新增backup後，它就會作為熱備伺服器，新增的主要目的就是當我其他後端伺服器都宕機的情況下，我的熱備伺服器還能繼續提供同樣的服務（注意：在其他後端伺服器還未宕機之前，該熱備伺服器是不工作的）。因此負載均衡不僅能達到各個後端伺服器負載的均衡，同時通過設定相關轉態引數還能保證使用者端請求時不造成伺服器宕機的情況，保證了後端伺服器的穩定性。其他狀態引數這裡我不再做演示（因為設定方式都一樣）。

總結

通過上述簡單案例不難看出負載均衡的重要性，不管是大中小型企業，都會用到負載均衡，尤其是某些大型購物網站，如果不做負載均衡，估計剛上線幾分鐘後端伺服器就會被使用者端的請求給弄癱瘓了。因此Nginx負載均衡實現的就是後端伺服器的平均分攤使用者端的存取壓力，同時藉助Nginx的高並行、高效能、高可靠性等特點，對我們的實際生產提供了最大化服務和效能保障。

到此這篇關於Nginx實現負載均衡的專案實踐的文章就介紹到這了,更多相關Nginx 負載均衡內容請搜尋it145.com以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大家以後多多支援it145.com！