Linux下玩转nginx系列---nginx实现负载均衡

Posted 2022-05-18 anyRTC

Ngnix负载均衡

• 在多台服务器之间有效地分配客户端请求或网络负载
• 通过仅向正常服务器发送请求确保高可用性和可靠性
• 业务不中断地情况下，按需弹性分配服务器资源

使用nginx做负载均衡的三大模块：

• upstream 定义负载节点池
• location 模块 进行URL匹配
• proxy模块 发送请求给upstream定义的节点池

upstream模块解读

nginx 的负载均衡功能依赖于 ngx_http_upstream_module模块，所支持的代理方式有 proxy_pass(一般用于反向代理),fastcgi_pass(一般用于和动态程序交互)，memcached_pass，proxy_next_upstream，fastcgi_next_pass，memcached_next_pass 。

upstream 模块应该放于http标签内。
模块写法：

upstream backend 
    ip_hash; 
    server backend1.example.com       weight=5;
    server backend2.example.com:8080;
    server backup1.example.com:8080   backup;
    server backup2.example.com:8080   backup;

实例一：

upstream dynamic 
    zone upstream_dynamic 64k;

    server backend1.example.com      weight=5;
    server backend2.example.com:8080 fail_timeout=5s slow_start=30s;
    server 192.168.199.18                 max_fails=3;
    server backend3.example.com      resolve;

    server backup1.example.com:8080  backup;
    server backup2.example.com:8080  backup;

语法解释

nginx默认支持四种调度算法

• 轮询(rr),每个请求按时间顺序逐一分配到不同的后端服务器，如果后端服务器故障，故障系统自动清除，使用户访问不受影响
• 轮询权值(weight),weight值越大，分配到的访问几率越高，主要用于后端每个服务器性能不均的情况
• ip_hash，每个请求按访问IP的hash结果分配，这样来自同一个IP的固定访问一个后端服务器，主要解决动态网站session共享的问题
• url_hash，按照访问的URL的hash结果来分配请求，是每个URL定向到同一个后端服务器，可以进一步提高后端缓存服务器的效率，nginx本身不支持，如果想使用需要安装nginx的hash软件包
• fair，这个算法可以依据页面大小和加载时间长短智能的进行负载均衡，也就是根据后端服务器的响应时间来分配请求，相应时间短的优先分配，默认不支持，如果想使用需要安装upstream_fail模块
• least_conn 最少链接数，那个机器连接数少就分发

server模块的写法

server IP 调度状态
server指令指定后端服务器IP地址和端口，同时还可以设定每个后端服务器在负载均衡调度中的状态。

• down 表示当前的server暂时不参与负载均衡
• backup 预留的备份服务器，当其他所有的非backup服务器出现故障或者忙的时候，才会请求backup机器，因为这台集群的压力最小
• max_fails 允许请求失败的次数，默认是1，当超过最大次数时，返回proxy_next_upstream模块定义的错误。0表示禁止失败尝试。根据业务需求去配置
• fail_timeout，在经历了max_fails次失败后，暂停服务的时间。根据业务需求配置。常规业务2-3秒合理

例：如果max_fails是5，他就检测5次，如果五次都是502.那么，他就会根据fail_timeout 的值，等待10秒，再去检测。

server 如果接域名，需要内网有DNS服务器，或者在负载均衡器的hosts文件做域名解析。server后面还可以直接接IP或IP加端口。

长连接 keepalive

upstream backend 
    server backend2.example.com:8080;
    server backup1.example.com:8080   backup;
    keepalive 100;

通过该指令配置了每个worker进程与上游服务器可缓存的空闲连接的最大数量。
当超出这个数量时，最近最少使用的连接将被关闭。keepalive指令不限制worker进程与上游服务器的总连接。

location / 
    # 支持keep-alive
    proxy_http_version 1.1;
    proxy_set_header Connection "";
    proxy_pass http://backup;

• 如果是http/1.0 需要配置发送"Connection: Keep-Alive" 请求头
• 上游服务器不要忘记开启长连接支持

连接池配置建议

• 总长连接数是"空闲连接池"+"释放连接池"的长连接总数
• 首先，长连接配置不会限制worker进程可以打开的总连接数（超了的作为短连接）。另外连接池一定要根据场景合理进行设置

1.空闲连接池太小，连接不够用，需要不断建连接。
2.空闲连接池太大，空闲连接太多，还没使用就超时。
3.建议只对小报文开启长连接。

location 模块解读

location作用：基于一个指令设置URI。
基本语法：

Syntax:	location [ = | ~ | ~* | ^~ ] uri  ... 
location @name  ... 
Default:	—
Context:	server, location

• = 精确匹配，如果找到匹配=号的内容，立即停止搜索，并立即处理请求(优先级最高)
• ~ 区分大小写
• ~* 不区分大小写
• ^~ 只匹配字符串，不匹配正则表达式
• @ 指定一个命名的location，一般用于内部重定义请求，location @name …

匹配是有优先级的，不是按照nginx的配置文件进行。

官方例子：

location = / 
    [ configuration A ]

location / 
    [ configuration B ]

location /documents/ 
    [ configuration C ]

location ^~ /images/ 
    [ configuration D ]

location ~* \\.(gif|jpg|jpeg)$ 
    [ configuration E ]

结论：

• / 匹配A
• /index.html 匹配B
• /documents/document.html 匹配C
• /images/1.gif 匹配D
• /documents/1.jpg 匹配的是E

测试用的例子：

location / 
           return 401;
        
        location = / 
            return 402;
        
        location /documents/ 
            return 403;
        
        location ^~ /images/ 
            return 404;
        
        location ~* \\.(gif|jpg|jpeg)$ 
            return 500;
        

测试结果：

[root@skyline conf]# curl -I -s -o /dev/null -w "%http_code\\n" http://192.168.199.7/
402
[root@skyline conf]# curl -I -s -o /dev/null -w "%http_code\\n" http://192.168.199.7/index.html
401
[root@skyline conf]# curl -I -s -o /dev/null -w "%http_code\\n" http://192.168.199.7/documents/document.html 
403
[root@skyline conf]# curl -I -s -o /dev/null -w "%http_code\\n" http://192.168.199.7/images/1.gif
404
[root@skyline conf]# curl -I -s -o /dev/null -w "%http_code\\n" http://192.168.199.7/dddd/1.gif  
500

结果总结：
匹配的优先顺序，=>^_{（匹配固定字符串，忽略正则）>完全相等>}*>空>/ 。
工作中尽量将’='放在前面。

proxy_pass 模块解读

proxy_pass 指令属于ngx_http_proxy_module 模块，此模块可以将请求转发到另一台服务器。

写法：

proxy_pass http://localhost:8000/uri/; 

实例一：

 upstream proxy_real_servers 
         server 192.168.199.9:80  weight=5;
         server 192.168.199.10:80  weight=10;
         server 192.168.199.19:82  weight=15;
    
    server 
       listen       80;
       server_name  www.xxx.org;
       location / 
        	proxy_pass http:// proxy_real_servers;
        	proxy_set_header host $host;
	proxy_set_header X-Forwarded-For $remote_addr;
       
    

• proxy_set_header：当后端Web服务器上也配置有多个虚拟主机时，需要用该Header来区分反向代理哪个主机名，proxy_set_header host $host;
• proxy_set_header X-Forwarded-For ：如果后端Web服务器上的程序需要获取用户IP，从该Header头获取。proxy_set_header X-Forwarded-For $remote_addr

proxy_pass相关的优化参数

• client_max_body_size 10m; 允许客户端请求的最大的单个文件字节数
• client_body_buffer_size 128k; 缓冲区代理缓冲用户端请求的最大字节数 可以理解为先保存到本地再传给用户
• proxy_connect_timeout 600; 跟后端服务器连接的超时时间_发起握手等候响应超时时间
• proxy_read_timeout 600; 连接成功后_等候后端服务器响应时间_其实已经进入后端的排队之中等候处理
• proxy_send_timeout 600; 后端服务器回传数据时间,就是在规定时间之内后端服务器必须传完所有的数据
• proxy_buffer_size 8k; 代理请求缓存区，这个缓存区间会保存用户的头信息以供Nginx进行规则处理,一般只要设置能保存下头信息即可
• proxy_buffers 4 32k; 同上 告诉Nginx保存单个页面使用的空间大小，假设网页大小平均在32k以下的话
• proxy_busy_buffers_size 64k; 如果系统很忙的时候可以申请更大的proxy_buffers 官方推荐(proxy_buffers*2)
• proxy_max_temp_file_size 1024m; 当 proxy_buffers 放不下后端服务器的响应内容时，会将一部分保存到硬盘的临时文件中，这个值用来设置最大临时文件大小，默认1024M，它与 proxy_cache 没有关系。大于这个值，将从upstream服务器传回。设置为0禁用
• proxy_temp_file_write_size 64k; proxy缓存临时文件的大小 proxy_temp_path（可以在编译的时候）指定写到哪那个目录

健康检查

Nginx提供了health_check语句来提供负载（upstream）时的键康检查机制（注意：此语句需要设置在location上下文中）。

支持的参数有：

• interval=time：设置两次健康检查之间的间隔值，默认为5秒
• fails=number：设置将服务器视为不健康的连续检查次数，默认为1次
• passes=number：设置一个服务器被视为健康的连续检查次数，默认为1次
• uri=uri：定义健康检查的请求URI，默认为”/“
• match=name：指定匹配配置块的名字，用记测试响应是否通过健康检测。默认为测试返回状态码为2xx和3xx

一个简单的设置如下，将使用默认值：

location / 
    proxy_pass http://backend;
    health_check;

对就应用，我们可以专门定义一个API用于健康检查：/api/health_check，并只返回HTTP状态码为200。并设置两次检查之间的间隔值为1秒。这样，health_check语句的配置如下：

health_check uri="/api/health_check" interval;

匹配match的方法

http 
    server 
    ...
        location / 
            proxy_pass http://backend;
            health_check match=welcome;
        
    

    match welcome 
        status 200;
        header Content-Type = text/html;
        body ~ "Welcome to nginx!";
    

match 例子举例

• status 200;: status 等于 200
• status ! 500;: status 不是 500
• status 200 204;: status 是 200 或 204
• status ! 301 302;: status 不是301或302
• status 200-399;: status 在 200 到 399之间
• status ! 400-599;: status 不在 400 到 599之间
• status 301-303 307;: status 是 301, 302, 303, 或 307
• header Content-Type = text/html;: “Content-Type” 得值是 text/html
• header Content-Type != text/html;: “Content-Type” 不是 text/html
• header Connection ~ close;: “Connection” 包含 close
• header Connection !~ close;: “Connection” 不包含 close
• header Host;: 请求头包含 “Host”
• header ! X-Accel-Redirect;: 请求头不包含 “X-Accel-Redirect”
• body ~ “Welcome to nginx!”;: body 包含 “Welcome to nginx!”
• body !~ “Welcome to nginx!”;: body 不包含 “Welcome to nginx!”

完整nginx实例

[root@skyline conf]# cat nginx.conf
worker_processes  2;
events 
    worker_connections  65536;

http 
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;
    sendfile        on;
    keepalive_timeout  65;
    #upstream
    upstream proxy_real_servers 
   	server   192.168.199.9:80 weight=1 max_fails=1 fail_timeout=10s;
   	server   192.168.199.10:80 weight=1 max_fails=2 fail_timeout=20s;
    
    server 
       listen       80;
       server_name  www.xxx.org;
       location / 
        proxy_pass http:// proxy_real_servers;
        include proxy.conf;
       
    

[root@skyline conf]# cat proxy.conf 
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $remote_addr;
        proxy_connect_timeout 90;        
        proxy_send_timeout 90;
        proxy_read_timeout 90;
        proxy_buffer_size 4k;
        proxy_buffers 4 32k;
        proxy_busy_buffers_size 64k;
	proxy_temp_file_write_size 64k;

扩展补充

只允许使用指定方法请求（GET,HEAD,POST）

 	## Only allow these request methods ##
      	if ($request_method !~ ^(GET|HEAD|POST)$ ) 
          	return 444;
       

根据URI及location实现动静分离

最终实现：
1./static/的URL都去访问192.168.199.9。
2./dynamic/的URL都去访问192.168.199.10。
3.图片这些静态文件去访问192.168.199.9。
4./upload/的URL都去访问192.168.199.10。

[root@skyline conf]# cat nginx.conf
worker_processes  1;
events 
    worker_connections  1024;

http 
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;
    sendfile        on;
    keepalive_timeout  65;
    upstream static_pools 
      server 192.168.199.9:80;
    
    upstream dynamic_pools 
      server 192.168.199.10:80;
    
     upstream upload_pools 
      server 192.168.199.9:80;
    

    server 
       listen       80;
       server_name  www.xxx.com;

        location / 
        proxy_pass http://static_pools;
        include proxy.conf;
       

       location /static/  
        proxy_pass http://static_pools;
        include proxy.conf;
       
    
        location ~* \\.(gif|jpg|jpeg)$ 
         proxy_pass http://static_pools;
         include proxy.conf;
        

       location /dynamic/  
        proxy_pass http://dynamic_pools;
        include proxy.conf;
       
       location /upload/ 
        proxy_pass http://upload_pools;
        include proxy.conf;
       
    

实现苹果手机和安卓手机访问不同地址

server 
       listen       80;
       server_name  www.xxxx.com;
       location / 
        	if ($http_user_agent ~* "android")
        	
           	proxy_pass http://android_pools;
        	
        	if ($http_user_agent ~* "iphone")
        	
          		proxy_pass http://iphone_pools;
        	
        	proxy_pass http://pc_pools;
        	include extra/proxy.conf;
       
        access_log off;
 

参考文档
nginx-proxy_pass官网
Nginx-负载均衡
Full Example Configuration