1、七层负载均衡
1、说明
Nginx要实现七层负载均衡需要用到proxy_pass代理模块配置。Nginx默认安装支持这个模块，我们不需要再做任何处理。Nginx的负载均衡是在Nginx的反向代理基础上把用户的请求根据指定的算法分发到一组【upstream虚拟服务池】。
2、要用到的指令
2.1、upstream指令
该指令用来指定后端服务器的名称和一些参数，可以使用域名、IP、端口或者unix socket。
| 语法 | upstream name |
|---|---|
| 默认值 | 无 |
| 位置 | http |
2.2、server指令
该指令是用来定义一组服务器，它们可以是监听不同端口的服务器，并且也可以是同时监听TCP和Unix socket的服务器。服务器可以指定不同的权重，默认为1。
| 语法 | server name [paramerters] |
|---|---|
| 默认值 | 无 |
| 位置 | upstream |
1.3、实现流程
图。
1.4、配置示例
配置成功后，访问 http://127.0.0.1 请求会一次访问三个服务。
1.4.1、服务一
server {listen 8081;server_name 127.0.0.1;location / {default_type text/plain;return 200 "127.0.0.1 <=> 8081";}
}
1.4.2、服务二
server {listen 8082;server_name 127.0.0.1;location / {default_type text/plain;return 200 "127.0.0.1 <=> 8082";}
}
1.4.3、服务三
server {listen 8083;server_name 127.0.0.1;location / {default_type text/plain;return 200 "127.0.0.1 <=> 8083";}
}
1.4.4、均衡配置
upstream backend {server 127.0.0.1:8081;server 127.0.0.1:8082;server 127.0.0.1:8083;
}server {listen 80;server_name 127.0.0.1;location / {proxy_pass http://backend;}
}
1.5、负载均衡状态
代理服务器在负责均衡调度中的状态有以下几个
| 状态 | 概述 |
|---|---|
| down | 当前的server暂时不参与负载均衡 |
| backup | 预留的备份服务器 |
| max_fails | 允许请求失败的次数 |
| fail_timeout | 经过max_fails失败后, 服务暂停时间 |
| max_conns | 限制最大的接收连接数 |
1.5.1、down
将该服务器标记为永久不可用，那么该代理服务器将不参与负载均衡。该状态一般会对需要停机维护的服务器进行设置。
upstream backend{server 192.168.200.146:9001 down;server 192.168.200.146:9002;server 192.168.200.146:9003;
}server {listen 8083;server_name localhost;location /{proxy_pass http://backend;}
}
1.5.2、backup
将该服务器标记为备份服务器，当主服务器不可用时，将用来传递请求。
upstream backend{server 192.168.200.146:9001 down;server 192.168.200.146:9002 backup;server 192.168.200.146:9003;
}server {listen 8083;server_name localhost;location / {proxy_pass http://backend;}
}
1.5.3、max_conns
max_conns=number:用来设置代理服务器同时活动链接的最大数量，默认为0，表示不限制，使用该配置可以根据后端服务器处理请求的并发量来进行设置，防止后端服务器被压垮。
1.5.4、max_fails和fail_timeout
max_fails=number:设置允许请求代理服务器失败的次数，默认为1。
fail_timeout=time:设置经过max_fails失败后，服务暂停的时间，默认是10秒。
upstream backend{server 192.168.200.133:9001 down;server 192.168.200.133:9002 backup;server 192.168.200.133:9003 max_fails=3 fail_timeout=15;
}server {listen 8083;server_name localhost;location / {proxy_pass http://backend;}
}
1.6、 负载均衡策略
Nginx的upstream支持如下六种方式的分配算法，分别是:
| 算法名称 | 说明 |
|---|---|
| 轮询 | 默认方式 |
| weight | 权重方式 |
| ip_hash | 依据IP分配方式 |
| least_conn | 依据最少连接方式 |
| url_hash | 依据URL分配方式 |
| fair | 依据响应时间方式 |
1.6.1、 轮询
轮询是upstream模块负载均衡默认的策略。每个请求会按时间顺序逐个分配到不同的后端服务器。轮询不需要额外的配置。
upstream backend{server 192.168.200.146:9001 weight=1;server 192.168.200.146:9002;server 192.168.200.146:9003;
}server {listen 8083;server_name localhost;location /{proxy_pass http://backend;}
}
1.6.2、 weight加权[加权轮询]
weight=number:用来设置服务器的权重，默认为1，权重数据越大，被分配到请求的几率越大；该权重值，主要是针对实际工作环境中不同的后端服务器硬件配置进行调整的，所有此策略比较适合服务器的硬件配置差别比较大的情况。
upstream backend{server 192.168.200.146:9001 weight=10;server 192.168.200.146:9002 weight=5;server 192.168.200.146:9003 weight=3;
}server {listen 8083;server_name localhost;location / {proxy_pass http://backend;}
}
1.6.3、 ip_hash
当对后端的多台动态应用服务器做负载均衡时，ip_hash指令能够将某个客户端IP的请求通过哈希算法定位到同一台后端服务器上。这样，当来自某一个IP的用户在后端Web服务器A上登录后，在访问该站点的其他URL，能保证其访问的还是后端web服务器A。使用ip_hash指令无法保证后端服务器的负载均衡，可能导致有些后端服务器接收到的请求多，有些后端服务器接收的请求少，而且设置后端服务器权重等方法将不起作用。
| 语法 | ip_hash; |
|---|---|
| 默认值 | — |
| 位置 | upstream |
upstream backend{ip_hash;server 192.168.200.146:9001;server 192.168.200.146:9002;server 192.168.200.146:9003;
}server {listen 8083;server_name localhost;location / {proxy_pass http://backend;}
}
1.6.4、 least_conn
最少连接，把请求转发给连接数较少的后端服务器。轮询算法是把请求平均的转发给各个后端，使它们的负载大致相同；但是，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 backend{least_conn;server 192.168.200.146:9001;server 192.168.200.146:9002;server 192.168.200.146:9003;
}server {listen 8083;server_name localhost;location / {proxy_pass http://backend;}
}
1.6.5、 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，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。
upstream backend{hash &request_uri;server 192.168.200.146:9001;server 192.168.200.146:9002;server 192.168.200.146:9003;
}
server {listen 8083;server_name localhost;location /{proxy_pass http://backend;}
}
1.6.5、 fair
fair采用的不是内建负载均衡使用的轮换的均衡算法，而是可以根据页面大小、加载时间长短智能的进行负载均衡。那么如何使用第三方模块的fair负载均衡策略。
upstream backend{fair;server 192.168.200.146:9001;server 192.168.200.146:9002;server 192.168.200.146:9003;
}server {listen 8083;server_name localhost;location / {proxy_pass http://backend;}
}
但是如何直接使用会报错，因为fair属于第三方模块实现的负载均衡。需要添加nginx-upstream-fair,如何添加对应的模块:
1.6.5.1、下载nginx-upstream-fair模块
下载地址为:https://github.com/gnosek/nginx-upstream-fair
1.6.5.2、将下载的文件上传到服务器并进行解压缩
unzip nginx-upstream-fair-master.zip
1.6.5.3、重命名资源
mv nginx-upstream-fair-master fair
1.6.5.4、使用./configure命令将资源添加到Nginx模块中
./configure --add-module=/root/fair
1.6.5.5、编译
make
编译可能会出现如下错误，ngx_http_upstream_srv_conf_t结构中缺少default_port。可以在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
int_por_t port;
in_port_t default_port;
ngx_unit_t no_port;
然后再进行make.
1.6.5.6、更新Nginx
1.6.5.6.1、将sbin目录下的nginx进行备份
mv /usr/local/nginx/sbin/nginx /usr/local/nginx/sbin/nginxold
1.6.5.6.2、将安装目录下的objs中的nginx拷贝到sbin目录
cp objs/nginx /usr/local/nginx/sbin
1.6.5.6.3、更新Nginx
make upgrade
2、四层负载均衡
四层负载均衡数据包是在底层就进行了分发，而七层负载均衡数据包则在最顶端进行分发，所以四层负载均衡的效率比七层负载均衡的要高。四层负载均衡不识别域名，而七层负载均衡识别域名。
Nginx在1.9之后，增加了一个stream模块，用来实现四层协议的转发、代理、负载均衡等。stream模块的用法跟http的用法类似，允许我们配置一组TCP或者UDP等协议的监听，然后通过proxy_pass来转发我们的请求，通过upstream添加多个后端服务，实现负载均衡。
四层协议负载均衡的实现，一般都会用到LVS、HAProxy、F5等，要么很贵要么配置很麻烦，而Nginx的配置相对来说更简单，更能快速完成工作。
2.1、添加stream模块的支持
Nginx默认是没有编译这个模块的，需要使用到stream模块，那么需要在编译的时候加上--with-stream。
完成添加--with-stream的实现步骤如下：
- 将原有/usr/local/nginx/sbin/nginx进行备份
- 拷贝nginx之前的配置信息
- 在nginx的安装源码进行配置指定对应模块 ./configure --with-stream
- 通过make模板进行编译
- 将objs下面的nginx移动到/usr/local/nginx/sbin下
- 在源码目录下执行 make upgrade进行升级，这个可以实现不停机添加新模块的功能
2.2、配置示例
stream {upstream redisbackend {server 192.168.200.146:6379;server 192.168.200.146:6378;}upstream tomcatbackend {server 192.168.200.146:8080;server 192.168.200.146:8081;}server {listen 81;proxy_pass redisbackend;}server {listen 82;proxy_pass tomcatbackend;}
}
案例 -Tomcat集群
网络配置
| IP | PORT | DESC |
|---|---|---|
| 10.108.10.100 | 80 | Nginx Web Server |
| 10.108.10.101 | 8080 | Tomcat App Server① |
| 10.108.10.102 | 8080 | Tomcat App Server② |
| 10.108.10.103 | 8080 | Tomcat App Server③ |
# 负载均衡配置
upstream server-api {server 10.108.10.101:8080;server 10.108.10.102:8080;server 10.108.10.103:8080;
}server {listen 80;server_name localhost;# 静态资源配置location / {root /www/wwwroot/projects/ui;try_files $uri $uri/ /index.html;index index.html index.htm;}# 动态资源配置location /prod-api/ {proxy_set_header Host $http_host;proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;proxy_set_header REMOTE-HOST $remote_addr;proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;proxy_pass http://server-api/;}
}
在101、102、103上分别启动Tomcat，此时访问http://10.108.10.100/index.html，刷新会轮训访问三台Tomcat服务。 至此，解决了Tomcat的高可用性，一台服务器宕机，还有其他两台对外提供服务，同时也可以实现后台服务器的不间断更新。
)
