Nginx负载均衡示例

什么是负载均衡

负载均衡是一种网络流量分配技术, 其核心目的是将大量网络请求均匀分配到多个服务器，提高网络服务的可靠性。有如下作用：

• 避免单点故障，提高可用性
• 灵活的水平扩展，通过增加或减少服务器数量，提升扩展性；可以用多台便宜机器代替一台高性能机器，省钱
• 优化资源利用率，减少响应时间，提升用户体验
• 负载均衡器上支持过滤，阻挡不安全的请求，提高系统安全性

正向代理和反向代理

这里给出通俗解释，详细的定义可以查Google

• 正向代理：国内你无法访问Google，必须用梯子，你用的这个梯子就是正向代理。
• 反向代理：Nginx代理了真实服务器，去和客户端交互; 对于客户端来说, 真实服务器被Nginx隐藏，这个Nginx就是反向代理。

负载均衡示例

Nginx负载均衡流程图如下:

                                                  -> web服务器1
							                   /
客户端 --请求--> Nginx(负载均衡器) --proxy_pass--    -> web服务器2
                                               \
							                      -> web服务器3

Nginx负载均衡策略有很多，这里演示默认的Round-Robin轮询策略

先准备三台RHEL9 VM机器，每台机器都安装Nginx，用于后面的演示:

192.168.52.200 Nginx1 
192.168.52.201 Nginx2
192.168.52.202 Nginx3

示例1: 最简单的proxy_pass配置

测试机器：

192.168.52.200 Nginx1 
192.168.52.201 Nginx2

需求: Nginx1作为负载均衡器, 客户请求Nginx1, Nginx1把所有请求转发到Nginx2

具体步骤
先修改Nginx1的nginx.conf

    server {
        listen       80;
        server_name  _;
        include /etc/nginx/default.d/*.conf;
        location / {
            proxy_pass http://192.168.52.201;	# 配置proxy_pass
        }
		# ...
    }

再修改Nginx2的nginx.conf

    server {
        listen       80;
        server_name  _;
        root         /var/www/html;
        # ...
    }

为Nginx2添加主页

mkdir -p /var/www/html
cat "Welcome to Nginx2" > /var/www/html/index.html

测试

curl 192.168.52.200:80
Welcome to nginx2

示例2: 配置多个proxypass

测试机器:

192.168.52.200 Nginx1 
192.168.52.201 Nginx2
192.168.52.202 Nginx3

需求: Nginx1作为负载均衡器, 客户请求Nginx1, Nginx1通过Round-Robin轮询策略把请求转发给Nginx2, Nginx3

具体方法
修改Nginx1的配置文件

# 添加upstream配置块，和server块同级
upstream my_servers{
	server 192.168.52.201:80;
	server 192.168.52.202:80;
}
server {
    listen       80;
    server_name  _;
    location / {
		proxy_pass http://my_servers;	# 配置proxy_pass
	}
    # Load configuration files for the default server block.
    include /etc/nginx/default.d/*.conf;
}

测试

# curl 192.168.52.200:80
Welcome to nginx2
# curl 192.168.52.200:80
Welcome to Nginx3

示例3: 设置权重策略(weight)

需求:

• Nginx1作为负载均衡器, 客户请求Nginx1, Nginx1通过Round-Robin轮询策略把请求转发给Nginx2, Nginx3;
• 给Nginx2设置更大的权重, 设置为Nginx3的四倍

具体方法
修改Nginx1的配置文件，如下:

upstream my_servers {
    server 192.168.52.201:80 weight=4;
    server 192.168.52.202:80 weight=1;
}

测试

# curl 192.168.52.200:80
Welcome to nginx2
# curl 192.168.52.200:80
Welcome to nginx2
# curl 192.168.52.200:80
Welcome to Nginx3
# curl 192.168.52.200:80
Welcome to nginx2
# curl 192.168.52.200:80
Welcome to nginx2

平均下来，每5次请求有4次转发给Nginx2, 1次转发给Nginx3, 与我们的权重设置吻合

示例4: 让某台服务器下线(down)

down将服务器标记为不可用，该服务器不参与负载均衡

需求: 对Nginx2进行停机维护，标记为不可用

具体方法
修改Nginx1的配置文件，如下:

upstream my_servers {
    server 192.168.52.201:80 weight=4 down;
    server 192.168.52.202:80 weight=1;
}

测试: (Nginx2下线, 所有请求只转发到了Nginx3)

# curl 192.168.52.200:80
Welcome to Nginx3
# curl 192.168.52.200:80
Welcome to Nginx3

示例5: 备用服务器(backup)

backup将该服务器标记为备份服务器。仅当其他服务器都出现故障时，Nginx才会把请求转到这台备用服务器

需求: 把Nginx3标记为备份服务器

具体方法
修改Nginx1的配置文件，如下:

upstream my_servers {
    server 192.168.52.201:80;
    server 192.168.52.202:80 backup;
}

测试, 设置Nginx3为backup后, Nginx1把请求只转发到了Nginx2；此时我手动stop Nginx2, 继续请求，Nginx1把请求都转发到了Nginx3

# curl 192.168.52.200:80
Welcome to nginx2
# curl 192.168.52.200:80
Welcome to nginx2

# 此时手动stop Nginx2 
# curl 192.168.52.200:80
Welcome to Nginx3

其他的负载均衡策略

说明:

• 单纯使用RR算法存在一个问题：不能维持Session
• ip_hash可以将某个客户IP的请求通过哈希算法固定到同一台服务器，实现Session共享；但是实际场景中，客户的IP经常会改变，所以单纯用ip_hash的做法不常见
• least_conn把请求发给连接数较少的服务器，这个单纯用也不常见; 对于不同带宽配置的服务器, 单纯用least_conn策略不合适
• fair根据后端服务器响应时间选择, 会造成网络倾斜，单纯用fair也不多见
• url_hash也不常用，不能做到维持会话。比如客户注册和客户登录的URL是不同的，通过哈希算法会转发到不同的服务器