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Nginx之负载均衡

柳三千

文章最后更新时间：2023年08月01日已超过412天没有更新。

前言：

公司为节约成本，业务刚开始一般都是单机提供服务，但是随着业务量的增长，单机服务器压力逐渐增大；当单机服务器处理不过来时候，就需要对其进行性能优化；但是一台服务器再怎么优化都是有瓶颈，因此把多台服务器集中起来组成一个集群来处理请求。通俗来说，以前一个人搬1000块砖头非常累，也耗费很长时间才能办完，长此以往，身体会垮掉；现在包工头另外增加9个工人一起搬砖，也就是10个人搬1000块砖头，每个人只需要搬100块砖头，时间效率上去了，工作强度也没这么大了；这就是负载均衡的作用！

nginx代理服务器接收到客户端请求之后，nginx会把这些请求转发到后端服务器tomcat处理。图片.png

环境准备：

1、安装nginx和tomcat的，具体安装请参考：常用的WEB服务安装

2、修改tomcat的首页：

[root@localhost ROOT]# pwd/usr/local/apache-tomcat-10.0.20/webapps/ROOT
[root@localhost ROOT]# cat index.jsp
<body>    
    <h1>this is 192.168.140.132 !</h1>

图片.png


图片.png


3、确保nginx能够正常访问：

图片.png

Nginx负载均衡之轮询（默认）

特性：

    以循环方式，将请求平均分发到每台服务器上

    轮询适合服务器配置基本一样，无状态且短平快的服务使用

    在轮询中，如果其中一台服务器挂掉，会自动去除该服务器

配置图：

图片.png


参数注释：

http {
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;
    定义转发规则，以及定义上游服务器，即是集群服务器的地址
    upstream tomcats {
    #要转发到的服务器地址，如ip、 ip:端口号、 域名、 域名:端口号
    server 192.168.140.131:8080;
    server 192.168.140.132:8080;
}
    server {
        listen       80;
        server_name  localhost;
        location / {
             #开启代理转发到后端服务器，可以是某一个地址，也可以是upstream 定义的一个集群服务器
           proxy_pass http://tomcats;
        }


效果图：

第一次刷新：

图片.png


第二次刷新：

图片.png

Nginx负载均衡之权重

特性：

    在 upstream 中配置的server参数后追加 weight 配置，则会根据配置的权重进行请求分发；适合服务器的硬件配置差别比较大的情况。


配置方式：

http {
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;
    upstream tomcats {
        server 192.168.140.131:8080 weight=1;#该台服务器接受1/4的请求量
        server 192.168.140.132:8080 weight=3;#该台服务器接受3/4的请求量
}


最终效果：刷新4次，

    有三次的请求转发到192.168.140.132:8080

    有一次请求量转发到192.168.140.131:8080


Nginx负载均衡之ip_hash

特性：

    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

        ip_hash不能与backup同时使用
        此策略适合有状态服务，比如session
        当有服务器需要剔除，必须手动down掉

配置方式：

upstream tomcats {
        ip_hash;
        server 192.168.140.131:8080;
        server 192.168.140.132:8080;
}


Nginx负载均衡之fair(第三方，需要单独安装模块)

特性：

    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。

配置文件：

upstream tomcats {
        fair;
        server 192.168.140.131:8080;
        server 192.168.140.132:8080;
}
下载参考链接：https://github.com/gnosek/nginx-upstream-fair


安装第三方fair模块(nginx -V可以查看预编译语句，在原有的预编译语句加上--add-module=/usr/local/src/nginx-upstream-fair-master)

[root@localhost src]# unzip nginx-upstream-fair-master.zip 
[root@localhost src]# cp -a /usr/local/nginx/ /root/#备份nginx
[root@localhost src]# cd nginx-1.20.2
[root@localhost nginx-1.20.2]# ./configure --prefix=/usr/local/nginx --with-http_stub_status_module --with-http_ssl_module --with-pcre=/usr/local/src/pcre-8.35 --add-module=/usr/local/src/nginx-upstream-fair-master
[root@localhost nginx-1.20.2]# make


编译报错：

/usr/local/src/nginx-upstream-fair-master/ngx_http_upstream_fair_module.c:543:28: error: ‘ngx_http_upstream_srv_conf_t’ has no member named ‘default_port’
     if (us->port == 0 && us->default_port == 0) {
                            ^
/usr/local/src/nginx-upstream-fair-master/ngx_http_upstream_fair_module.c:553:51: error: ‘ngx_http_upstream_srv_conf_t’ has no member named ‘default_port’
     u.port = (in_port_t) (us->port ? us->port : us->default_port);


解决方案：

在Nginx的源码中 src/http/ngx_http_upstream.h,找到ngx_http_upstream_srv_conf_s，在模块中添加添加default_port属性

[root@localhost nginx-1.20.2]# vim src/http/ngx_http_upstream.h 
添加 in_port_t                        default_port;

图片.png


继续编译：

[root@localhost nginx-1.20.2]# make
[root@localhost nginx-1.20.2]# make install


将安装目录下的objs中的nginx拷贝到sbin目录

[root@localhost nginx-1.20.2]# cd objs/
[root@localhost objs]# ls
addon  autoconf.err  Makefile  nginx  nginx.8  ngx_auto_config.h  ngx_auto_headers.h  ngx_modules.c  ngx_modules.o  src
[root@localhost nginx-1.20.2]# rm -rf /usr/local/nginx/sbin/nginx
[root@localhost objs]# cp -a nginx /usr/local/nginx/sbin/
cp: overwrite ‘/usr/local/nginx/sbin/nginx’? y


检测nginx模块

[root@localhost nginx-1.20.2]# cd /usr/local/nginx/
[root@localhost nginx]# ./sbin/nginx -V
nginx version: nginx/1.20.2
built by gcc 4.8.5 20150623 (Red Hat 4.8.5-44) (GCC) 
built with OpenSSL 1.0.2k-fips  26 Jan 2017
TLS SNI support enabled
configure arguments: --prefix=/usr/local/nginx --with-http_stub_status_module --with-http_ssl_module --with-pcre=/usr/local/src/pcre-8.35 --add-module=/usr/local/src/nginx-upstream-fair-master


Nginx负载均衡之least_conn

 特性：

    把请求转发给连接数较少的后端服务器
    有些请求占用的时间很长，会导致其所在的后端负载较高； 这种情况下，least_conn这种方式就可以达到更好的负载均衡效果。
    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 tomcats {
        least_conn;
        server 192.168.140.131:8080;
        server 192.168.140.132:8080;
}


Nginx负载均衡之url_hash

    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，后端服务器为缓存时比较有效。

    在upstream中加入hash语句，server语句中不能写入weight等其他的参数，hash_method是使用的hash算法

http {
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;
    upstream tomcats {
        hash $request_uri;
        server 192.168.140.131:8080;
        server 192.168.140.132:8080;
}


Nginx负载均衡之一致性哈希（第三方）

下载参考链接：https://github.com/replay/ngx_http_consistent_hash


安装一致性哈希模块

[root@localhost src]# unzip ngx_http_consistent_hash-master.zip
[root@localhost src]# cp -a /usr/local/nginx/ /root/
[root@localhost src]# cd nginx-1.20.2

原有的编译语句加上--add-module=/usr/local/src/ngx_http_consistent_hash-master的参数（nginx -V可以查看之前预编译的语句）

[root@localhost nginx-1.20.2]# ./configure --prefix=/usr/local/nginx --with-http_stub_status_module --with-http_ssl_module --with-pcre=/usr/local/src/pcre-8.35 --add-module=/usr/local/src/nginx-upstream-fair-master --add-module=/usr/local/src/ngx_http_consistent_hash-master
[root@localhost nginx-1.20.2]# echo $?  #检测是否编译成功
0
[root@localhost nginx-1.20.2]# pkill nginx  #关闭nginx
[root@localhost nginx-1.20.2]# rm -rf /usr/local/nginx/sbin/nginx  #删除sbin下面的nginx，删除前记得先备份
[root@localhost nginx-1.20.2]# cp -a objs/nginx /usr/local/nginx/sbin/ # 拷贝objs下的nginx到/usr/local/nginx/sbin/中
[root@localhost nginx-1.20.2]# cd /usr/local/nginx/sbin/
[root@localhost sbin]# ls
nginx  nginx.old
[root@localhost sbin]# ./nginx -V
nginx version: nginx/1.20.2
built by gcc 4.8.5 20150623 (Red Hat 4.8.5-44) (GCC) 
built with OpenSSL 1.0.2k-fips  26 Jan 2017
TLS SNI support enabled
configure arguments: --prefix=/usr/local/nginx --with-http_stub_status_module --with-http_ssl_module --with-pcre=/usr/local/src/pcre-8.35 --add-module=/usr/local/src/nginx-upstream-fair-master --add-module=/usr/local/src/ngx_http_consistent_hash-master


配置文件：

Nginx三种一致性Hash策略：
    consistent_hash $remote_addr; 根据客户端IP进行映射（常用）
    consistent_hash $request_uri; 根据客户端请求的uri进行映射（常用）
    consistent_hash $args; 根据客户端请求携带的参数进行映射

http {
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;
    upstream tomcats {
        consistent_hash $remote_addr;
        server 192.168.140.131:8080;
        server 192.168.140.132:8080;
}

图片.png


扩展：upstream指令参数

max_conns：限制一台服务器最大的连接数，默认值0，表示不做任何限制

slow_start：缓慢启动，慢慢加入到集群中，必须要和权重一起使用（付费版功能）

down：不使用此服务器

backup：表示此服务器为备用服务器，其他服务器宕机了，才会运行备用服务器

max_fails：表示失败几次，则标记server已宕机，剔除上游服务。

max_timeout：表示失败之后的重试时间。

max_fails=2 fail_timeout=15s

    则表示在15秒内请求某一server失败达到2次后，则认为该server已经挂了或者宕机了，随后15秒内不会有新的请求到达刚刚挂掉的节点上，而是会请求到正常运作的server，15秒后会再有新请求尝试连接挂掉的server，如果还是失败，重复上一过程，直到恢复


语法案例：

upstream tomcats {
        server 192.168.140.131:8080 backup;
        server 192.168.140.132:8080 max_fails=2 fail_timeout=15s;
}

最终效果：默认访问192.168.140.132，当这台服务器宕机时候，192.168.140.131备用机就开始工作。

文章版权声明：除非注明，否则均为柳三千运维录原创文章，转载或复制请以超链接形式并注明出处。

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