简述Nginx负载均衡

Posted 2020-11-02

nginx在作为负载均衡器的同时也是反向代理服务器，其配置语法相当简单，有轮询、ip_hash、url_hash、权重等多种方法对后端的服务器做负载均衡，同时还支持后端服务器的健康检查。另外，它相对于LVS来说比较有优势的一点是，由于它是基于第七层即应用层的负载均衡，是根据包头内的信息来执行负载均衡任务的，因此对网络的依赖性很小，理论上能PING通就能够实现负载均衡。在实际应用上不仅作为一款性能优异的负载均衡器，同时也是一款适用于高并发环境的web应用软件。

优点如下：
配置文件非常简单，风格和程序一样通俗易懂。
成本低廉。Nginx为开源软件，可以免费使用。
支持Rewrite 重写规则：可以根据域名、URL的不同，将HTTP请求分配到不同的后端服务器群组上。
有内置的健康检查功能：即使后端某台Web服务器宕机，也不影响前端访问。
节省带宽：支持GZIP压缩，可以添加浏览器本地缓存的Header
稳定性高：用于反向代理，宕机的概率微乎其微。
缺点：
目前只支持HTTP和MAIL的负载均衡。

负载均衡算法：
1、轮询（默认）
每个请求按时间顺序逐一分配到不同的后端服务器，如果后端服务器宕机，则会跳过该服务器分配至下一个健康的服务器。并且它无须记录当前所有连接的状态，所以它是一种无状态调度。
2、weight 权重
在轮询的基础上加上权重，weight和访问率成正比，适用于后端服务器性能不一致的情况下。
3、ip_hash
每个请求按访问IP的哈希结果进行分配，当新的请求到达时，先将客户端IP通过hash算法进行计算得出一个值，随后的请求客户端IP的hash值只要相同，就会被分配到同一台后端服务器上，该调度算法可以解决Session的问题，但会因为分配不均导致无法保证负载均衡。
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。
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，后端服务器作为缓存时比较有效。
6、Tengine增加的一致性哈希算法
将每个Server虚拟成N个节点，均匀分布到哈希环上，每次请求时，根据配置的参数计算出一个hash值，在hash环上查找离这个hash值最近的虚拟节点，对应的Server作为该次请求的后端服务器，好处在于动态增加服务器或者服务器宕机时对集群的影响最小。

具体的实现：
1、轮询rr：
upstream test {
    server IP1:PORT;
    server IP2:PORT;
            .............
    }
2、权重weight：
upstream test {
    server IP1:PORT  weight=A; 
    server IP2:PORT  weight=B;
            ..............
    }
3、ip_hash
upstream test {
    ip_hash;
    server IP1:PORT;
    server IP2:PORT;
            .............
   }
4、fair//需要在编译安装时添加模块
upstream test {
    server IP1:PORT;
    server IP2:PORT;
            .............
     fair;
    }
5、url_hash//需要在编译时添加模块
upstream test {
    server IP1:PORT;
    server IP2:PORT;
            .............
    hash $request_url;
   }

Nginx的性能优势：
作为web服务器：Nginx处理静态文件、索引文件以及自动索引效率非常高。
作为代理服务器：Nginx可以实现快速高效的反向代理，提高网站性能。
作为负载均衡服务器：Nginx既可以在内部直接支持Rails和php，也可以支持HTTP代理服务器，对外进行服务。同时支持简单的容错和利用算法进行负载均衡。
在性能方面：Nginx是专门为性能优化而开发的，在实现上非常注重效率。它采用内核epoll模型，可以支持更多的并发连接，并在大并发时占用很低的内存资源。
在稳定性方面：Nginx采用了分阶段资源分配技术，使得对CPU与内存的占用率非常低。
在高可用方面：Nginx支持热部署，启动速度迅速，因此可以在不间断服务的情况下，对软件版本或者配置进行升级，即使运行数月也无需重新启动，几乎可以做到7x24不间断运行。

几个优化Nginx的措施：

一、编译安装过程的优化
1、减小Nginx编译后的文件大小
    找到在源码目录下的auto/cc/gcc，删除#debug  CFLAGS="$CFLAGS -g
2、在编译过程指定CPU类型
    --with-cc-opt=‘03‘ --with-cpu-opt=cpu
    cat /proc/cpuinfo |grep “module name”//获得CPU的信息
二、利用谷歌开源工具TCMalloc进行优化
1、下载并编译安装libunwind、gperftools
2、配置gperftools
    echo "/usr/local/lib" > /etc/ld.so.conf.d/usr_local_lib.conf 
/sbin/ldconfig
3、重新编译安装Nginx并添加
    --with-google_perftools_module
4、添加gperftools线程目录
    mkdir /tmp/tcmalloc 
    chmod  777 /tmp/tcmalloc -R
5、修改Nginx配置文件
    在#pid logs/nginx.pid;这行的下面添加
    google_perftools_profiles /tmp/tcmalloc;
6、重启Nginx
7、测试：
    lsof -n | grep tcmalloc #测试tcmalloc
    lsof -n | grep nginx  #测试nginx
三、内核参数优化/etc/sysctl.conf内
    /sbin/sysctl -p //生效