Nginx实现负载均衡的几种方式

前言

什么是负载均衡

负载均衡的记几种常用方式

前言

要理解负载均衡，必须先搞清楚正向代理和反向代理。

• 正向代理，代理的是用户。
• 反向代理，代理的是服务器

正向代理：类似一个跳板机，代理访问外部资源。比如我们国内访问谷歌，直接访问访问不到，我们可以通过一个正向代理服务器，请求发到代理服，代理服务器能够访问谷歌，这样由代理去谷歌取到返回数据，再返回给我们，这样我们就能访问谷歌了

用途：

　　（1）访问原来无法访问的资源，如google

      （2） 可以做缓存，加速访问资源

　　（3）对客户端访问授权，上网进行认证

　　（4）代理可以记录用户访问记录（上网行为管理），对外隐藏用户信息

 反向代理（Reverse Proxy）：实际运行方式是指以代理服务器来接受internet上的连接请求，然后将请求转发给内部网络上的服务器，并将从服务器上得到的结果返回给internet上请求连接的客户端，此时代理服务器对外就表现为一个服务器

 

作用：

（1）保证内网的安全，阻止web攻击，大型网站，通常将反向代理作为公网访问地址，Web服务器是内网

（2）负载均衡，通过反向代理服务器来优化网站的负载

小结

正向代理即是客户端代理, 代理客户端, 服务端不知道实际发起请求的客户端.

反向代理即是服务端代理, 代理服务端, 客户端不知道实际提供服务的服务端

看图理解一：

看图理解二：

正向代理中，proxy和client同属一个LAN，对server透明；
反向代理中，proxy和server同属一个LAN，对client透明。
实际上proxy在两种代理中做的事都是代为收发请求和响应，不过从结构上来看正好左右互换了下，所以把后出现的那种代理方式叫成了反向代理

正向代理: 买票的黄牛

反向代理: 租房的代理

什么是负载均衡

当一台服务器的单位时间内的访问量越大时，服务器压力就越大，大到超过自身承受能力时，服务器就会崩溃。为了避免服务器崩溃，让用户有更好的体验，我们通过负载均衡的方式来分担服务器压力。

我们可以建立很多很多服务器，组成一个服务器集群，当用户访问网站时，先访问一个中间服务器，在让这个中间服务器在服务器集群中选择一个压力较小的服务器，然后将该访问请求引入该服务器。如此以来，用户的每次访问，都会保证服务器集群中的每个服务器压力趋于平衡，分担了服务器压力，避免了服务器崩溃的情况。

负载均衡是用反向代理的原理实现的。

在服务器集群中，Nginx起到一个代理服务器的角色（即反向代理），为了避免单独一个服务器压力过大，将来自用户的请求转发给不同的服务器。

负载均衡用于从“upstream”模块定义的后端服务器列表中选取一台服务器接受用户的请求。一个最基本的upstream模块是这样的，模块内的server是服务器列表：

  #动态服务器组
    upstream dynamic_zuoyu {
        server localhost:8080;  #tomcat 7.0
        server localhost:8081;  #tomcat 8.0
        server localhost:8082;  #tomcat 8.5
        server localhost:8083;  #tomcat 9.0
    }

在upstream模块配置完成后，要让指定的访问反向代理到服务器列表：

#其他页面反向代理到tomcat容器
        location ~ .*$ {
            index index.jsp index.html;
            proxy_pass http://dynamic_zuoyu;
        }

这就是最基本的负载均衡实例，但这不足以满足实际需求；目前Nginx服务器的upstream模块支持6种方式的分配：

负载均衡策略

轮询	默认方式
weight	权重方式
ip_hash	依据ip分配方式
least_conn	最少连接方式
fair（第三方）	响应时间方式
url_hash（第三方）	依据URL分配方式

负载均衡的几种常用方式

1、轮询（默认）

最基本的配置方法，上面的例子就是轮询的方式，它是upstream模块默认的负载均衡默认策略。每个请求会按时间顺序逐一分配到不同的后端服务器。

有如下参数：

fail_timeout	与max_fails结合使用。
max_fails	设置在fail_timeout参数设置的时间内最大失败次数，如果在这个时间内，所有针对该服务器的请求都失败了，那么认为该服务器会被认为是停机了，
fail_time	服务器会被认为停机的时间长度,默认为10s。
backup	标记该服务器为备用服务器。当主服务器停止时，请求会被发送到它这里。
down	标记服务器永久停机了。

注意：

• 在轮询中，如果服务器down掉了，会自动剔除该服务器。
• 缺省配置就是轮询策略。
• 此策略适合服务器配置相当，无状态且短平快的服务使用。

2、weight
指定轮询几率，weight和访问比率成正比，用于后端服务器性能不均的
情况。

# 动态服务器组
upstream dynamic_zuoyu {
    server localhost:8080   weight=2;  #tomcat 7.0
    server localhost:8081;  #tomcat 8.0
    server localhost:8082   backup;  #tomcat 8.5
    server localhost:8083   max_fails=3 fail_timeout=20s;  #tomcat 9.0
} 
# 示例二
upstream backserver {
    server 192.168.0.14 weight=3;
    server 192.168.0.15 weight=7;
}  
# 权重越高，在被访问的概率越大，如上例，分别是30%，70%。

在动态服务器组的例子中：weight参数用于指定轮询几率，weight的默认值为1,；weight的数值与访问比率成正比，比如Tomcat 7.0被访问的几率为其他服务器的两倍。

注意：

• 权重越高分配到需要处理的请求越多。
• 此策略可以与least_conn和ip_hash结合使用。
• 此策略比较适合服务器的硬件配置差别比较大的情况。

3、ip_hash

上述方式存在一个问题就是说，在负载均衡系统中，假如用户在某台服务器上登录了，那么该用户第二次请求的时候，因为我们是负载均衡系统，每次请求都会重新定位到服务器集群中的某一个，那么已经登录某一个服务器的用户再重新定位到另一个服务器，其登录信息将会丢失，这样显然是不妥的。

我们可以采用ip_hash指令解决这个问题，如果客户已经访问了某个服务器，当用户再次访问时，会将该请求通过哈希算法，自动定位到该服务器。

每个请求按访问ip的hash结果分配，这样每个访客固定访问一个后端服务器，可以解决session的问题。

#动态服务器组
upstream dynamic_zuoyu {
    ip_hash;    #保证每个访客固定访问一个后端服务器
    server localhost:8080   weight=2;  #tomcat 7.0
    server localhost:8081;  #tomcat 8.0
    server localhost:8082;  #tomcat 8.5
    server localhost:8083   max_fails=3 fail_timeout=20s;  #tomcat 9.0
}

# 示例二
upstream backserver {
    ip_hash;
    server 192.168.0.14:88;
    server 192.168.0.15:80;
}
# 示例三：此负载均衡策略适合请求处理时间长短不一造成服务器过载的情况。
upstream dynamic_zuoyu {
    least_conn;    #把请求转发给连接数较少的后端服务器
    server localhost:8080   weight=2;  #tomcat 7.0
    server localhost:8081;  #tomcat 8.0
    server localhost:8082 backup;  #tomcat 8.5
    server localhost:8083   max_fails=3 fail_timeout=20s;  #tomcat 9.0
}

4、fair（第三方）
按后端服务器的响应时间来分配请求，响应时间短的优先分配。

upstream backserver {
    server server1;
    server server2;
    fair;
}

5、url_hash（第三方）

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，要配合缓存命中来使用。同一个资源多次请求，可能会到达不同的服务器上，导致不必要的多次下载，缓存命中率不高，以及一些资源时间的浪费。而使用url_hash，可以使得同一个url（也就是同一个资源请求）会到达同一台服务器，一旦缓存住了资源，再此收到请求，就可以从缓存中读取。

#动态服务器组
upstream dynamic_zuoyu {
    hash $request_uri;    #实现每个url定向到同一个后端服务器
    server localhost:8080;  #tomcat 7.0
    server localhost:8081;  #tomcat 8.0
    server localhost:8082;  #tomcat 8.5
    server localhost:8083;  #tomcat 9.0
}
# 示例二
upstream backserver {
    server squid1:3128;
    server squid2:3128;
    hash $request_uri;
    hash_method crc32;
}

每个设备的状态设置为:

1.down 表示单前的server暂时不参与负载
2.weight 默认为1.weight越大，负载的权重就越大。
3.max_fails：允许请求失败的次数默认为1.当超过最大次数时，返回proxy_next_upstream模块定义的错误
4.fail_timeout:max_fails次失败后，暂停的时间。
5.backup： 其它所有的非backup机器down或者忙的时候，请求backup机器。所以这台机器压力会最轻。

配置实例：

#user  nobody;
worker_processes  4;
events {
    # 最大并发数
    worker_connections  1024;
}
http{
    # 待选服务器列表
    upstream myproject{
        # ip_hash指令，将同一用户引入同一服务器。
        ip_hash;
        server 125.219.42.4 fail_timeout=60s;
        server 172.31.2.183;
        }

    server{
                # 监听端口
                listen 80;
                # 根目录下
                location / {
                    # 选择哪个服务器列表
                    proxy_pass http://myproject;
                }

            }
}

未完待续……