Linux架构之Nginx 七层负载均衡

第50章 Nginx七层负载均衡

一、Nginx负载均衡基本概述

1）为什么要使用负载均衡

当我们的Web服务器直接面向用户，往往要承载大量并发请求，单台服务器难以负荷。使用多台Web服务器组成集群，前端使用Nginx负载均衡，将请求分散地打到后端服务器集群中，实现负载的分发。可以大大提升系统的吞吐率、请求性能、高容灾能力。

往往我们接触的最多的是SLB(Server Load Balance)负载均衡，实现最多的也是SLB，那么SLB它的调度节点和服务节点通常是在一个地域里面。它在这个小的逻辑地域里面决定了他对部分服务的实时性、响应性是非常好的。

因此，当海量用户请求过来以后，它同样是请求调度节点，调度节点将用户的请求转发给后端对应的服务节点，服务节点处理完请求后再转发给调度节点，调度节点最后响应给用户节点。这样就能实现一个均衡的作用。Nginx就是一个典型的SLB。

2）负载均衡的叫法

2.1）负载均衡的叫法有很多：

负载均衡

负载

Load Balance

2.2）公有云中叫法有：

阿里云负载均衡——SLB

青云负载均衡——QLB

腾讯云负载均衡——CLB

ucloud负载均衡——ULB

2.3）常见的负载均衡的软件有：

Nginx、Haproxy、LVS

2.4）负载均衡能实现的应用场景一：四层负载均衡

所谓四层负载均衡指的是OSI七层模型中的传输层，那么传输层Nginx已经能支持TCP/IP的控制，所以只需要对客户端的请求进行TCP/IP协议的包转发就可以实现负载均衡，那么它的好处是性能非常快、只需要底层进行应用处理，而不需要进行一些复杂的逻辑。

2.5）负载均衡能实现的应用场景二：七层负载均衡

七层负载均衡是在应用层，它可以完成很多应用方面的协议请求。比如我们说的http应用的负载均衡，它可以实现http信息的改写、头信息的改写、安全应用规则控制、URL匹配规则控制、以及转发、rewrite等等的规则，所以在应用层的服务里面，我们可以做的内容就更多，那么Nginx则是一个典型的七层负载均衡SLB。

2.6）四层负载均衡与七层负载均衡区别

四层负载均衡数据包在底层就进行了分发，而七层负载均衡数据包则是在最顶层进行分发，由此可以看出，七层负载均衡效率没有四负载均衡高。

但七层负载均衡更贴近于服务，如：http协议就是七层协议，我们可以用Nginx可以做会话保持，URL路径规则匹配、head头改写等等，这些是四层负载均衡无法实现的。

注意：四层负载均衡不识别域名，七层负载均衡识别域名。

二、Nginx负载均衡配置场景

Nginx要实现负载均衡需要用到proxy_pass代理模块配置。

Nginx负载均衡与Nginx代理不同地方在于，Nginx的一个location仅能代理一台服务器，而Nginx负载均衡则是将客户端请求代理转发至一组upstream虚拟服务池。

1）Nginx upstream虚拟配置语法

Syntax: upstream name { ... }
Default: -
Context: http


# upstream例
upstream backend {
    server backend1.example.com       weight=5;
    server backend2.example.com:8080;
    server unix:/tmp/backend3;
    server backup1.example.com:8080   backup;
}
server {
    location / {
        proxy_pass http://backend;
    }
}

2）`Nginx`负载均衡示例

2.1）环境准备

角色	外网IP（NAT）	内网IP（LAN）	主机名
lb01	eth0:10.0.0.5	eth1:172.16.1.5	lb01
Web01	eth0:10.0.0.7	eth1:172.16.1.7	web01
Web02	eth0:10.0.0.8	eth1:172.16.1.8	web02

2.2）`Web01`服务器上配置`nginx`


[root@web01 images]# cd ~
[root@web01 ~]# cd /etc/nginx/conf.d/
#配置nginx
[root@web01 conf.d]# vim node.conf
server{
        listen 80;
        server_name node.drz.com;
        location / {
                root /node;
                index index.html;
        }
}

[root@web01 ~]# cd /node
-bash: cd: /node: No such file or directory
#创建node目录
[root@web01 ~]# mkdir /node
#新建index.html
[root@web01 ~]# echo "Web01..." > /node/index.html
#重启nginx
[root@web01 ~]# systemctl restart nginx

=========================================================

2.3）`Web02`服务器上配置`nginx`


[root@web02 ROOT]# cd ~
[root@web02 ~]# cd /etc/nginx/conf.d/
#配置nginx
[root@web02 conf.d]# vim node.conf
server {
    listen 80;
    server_name node.drz.com;
    location / {
        root /node;
        index index.html;
    }
}

[root@web02 conf.d]# cd ~
#创建node目录
[root@web02 ~]# mkdir /node
#新建index.html
[root@web02 ~]# echo "Web02..." > /node/index.html
#重启nginx
[root@web02 ~]# systemctl restart nginx

=================================================

2.4）配置`Nginx`负载均衡

[root@lb01 code]# cd /etc/nginx/conf.d/

#配置nginx负载均衡
[root@lb01 conf.d]# vim node_proxy.conf
upstream node {
    server 172.16.1.7:80;
    server 172.16.1.8:80;
}
server {
    listen 80;
    server_name node.drz.com;

    location / {
        proxy_pass http://node;
        include proxy_params;
    }
}

#准备Nginx负载均衡调度使用的proxy_params
[root@lb01 conf.d]# vim /etc/nginx/proxy_params
proxy_set_header Host $http_host;
proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;

proxy_connect_timeout 30;
proxy_send_timeout 60;
proxy_read_timeout 60;

proxy_buffering on;
proxy_buffer_size 32k;
proxy_buffers 4 128k;

window键+R——drivers——etc——hosts， 修改内容为 10.0.0.5    node.drz.com

#重启nginx
[root@lb01 conf.d]# nginx -t
nginx: the configuration file /etc/nginx/nginx.conf syntax is ok
nginx: configuration file /etc/nginx/nginx.conf test is successful
[root@lb01 conf.d]# systemctl restart nginx

打开浏览器，输入 node.drz.com

2.5）负载均衡常见典型故障

如果后台服务连接超时，Nginx是本身是有机制的，如果出现一个节点down掉的时候，Nginx会更据你具体负载均衡的设置，将请求转移到其他的节点上，但是，如果后台服务连接没有down掉，但是返回错误异常码了，如：504、502、500，此时你需要加一个负载均衡的设置，如下：proxy_next_upstream http_500 | http_502 | http_503 | http_504 |http_404;意思是，当其中一台返回错误码404,500...等错误时，可以分配到下一台服务器程序继续处理，提高平台访问成功率。

[root@lb01 conf.d]# vim node_proxy.conf 

upstream node {
    server 172.16.1.7:80;
    server 172.16.1.8:80;
}
server {
    listen 80;
    server_name node.drz.com;

    location / {
        proxy_pass http://node;
        proxy_next_upstream error timeout http_500 http_502 http_503 http_504;
        include proxy_params;
    }
}

三、Nginx负载均衡调度算法

调度算法	概述
轮询	按时间顺序逐一分配到不同的后端服务器（默认）
weight	加权轮询，weight值越大，分配到的访问几率越高
ip_hash	每个请求按访问IP的hash结果分配，这样来自同一IP的固定访问一个后端服务器
url_hash	按照访问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
least_conn	最少链接数，那个机器链接数少就分发

Nginx负载均衡[rr]权重轮询具体配置

upstream load_pass {
    server 10.0.0.7:80;
    server 10.0.0.8:80;
}

=========================================

Nginx负载均衡[wrr]权重轮询具体配置

upstream load_pass {
    server 10.0.0.7:80 weight=5;
    server 10.0.0.8:80;
}

==========================================

Nginx负载均衡ip_hash

具体配置不能和weight一起使用。

#如果客户端都走相同代理, 会导致某一台服务器连接过多
upstream load_pass {
    ip_hash;
    server 10.0.0.7:80 weight=5;
    server 10.0.0.8:80;
}

四、Nginx负载均衡后端状态

后端Web服务器在前端Nginx负载均衡调度中的状态

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

测试down状态测试该Server不参与负载均衡的调度

upstream load_pass {
    #不参与任何调度, 一般用于停机维护
    server 10.0.0.7:80 down;
}

===================================================

测试backup以及down状态

upstream load_pass {
    server 10.0.0.7:80 down;
    server 10.0.0.8:80 backup;
    server 10.0.0.9:80 max_fails=1 fail_timeout=10s;
}

location  / {
    proxy_pass http://load_pass;
    include proxy_params;
}

====================================================

测试max_fails失败次数和fail_timeout多少时间内失败多少次则标记down

upstream load_pass {
    server 10.0.0.7:80;
    server 10.0.0.8:80 max_fails=2 fail_timeout=10s;
}

=====================================================

测试max_conns最大TCP连接数

upstream load_pass {
    server 10.0.0.7:80;
    server 10.0.0.8:80 max_conns=1;
}

五、Nginx负载均衡健康检查

在Nginx官方模块提供的模块中，没有对负载均衡后端节点的健康检查模块，但可以使用第三方模块。 nginx_upstream_check_module来检测后端服务的健康状态。

1）安装依赖包

[root@lb02 ~]# yum install -y gcc glibc gcc-c++ pcre-devel openssl-devel patch

2）下载nginx源码包以及nginx_upstream_check模块第三方模块

[root@lb02 ~]# wget http://nginx.org/download/nginx-1.14.2.tar.gz
[root@lb02 ~]# wget https://github.com/yaoweibin/nginx_upstream_check_module/archive/master.zip

3）解压nginx源码包以及第三方模块

[root@lb02 ~]# tar xf nginx-1.14.2.tar.gz
[root@lb02 ~]# unzip master.zip

4）进入nginx目录，打补丁（nginx的版本是1.14补丁就选择1.14的,p1代表在nginx目录，p0是不在nginx目录）

[root@lb02 ~]# cd nginx-1.14.2/
[root@lb02 nginx-1.14.2]# patch -p1 <../nginx_upstream_check_module-master/check_1.14.0+.patch
./configure --prefix=/etc/nginx --sbin-path=/usr/sbin/nginx --modules-path=/usr/lib64/nginx/modules --conf-path=/etc/nginx/nginx.conf --error-log-path=/var/log/nginx/error.log --http-log-path=/var/log/nginx/access.log --pid-path=/var/run/nginx.pid --lock-path=/var/run/nginx.lock --http-client-body-temp-path=/var/cache/nginx/client_temp --http-proxy-temp-path=/var/cache/nginx/proxy_temp --http-fastcgi-temp-path=/var/cache/nginx/fastcgi_temp --http-uwsgi-temp-path=/var/cache/nginx/uwsgi_temp --http-scgi-temp-path=/var/cache/nginx/scgi_temp --user=nginx --group=nginx --with-compat --with-file-aio --with-threads --with-http_addition_module --with-http_auth_request_module --with-http_dav_module --with-http_flv_module --with-http_gunzip_module --with-http_gzip_static_module --with-http_mp4_module --with-http_random_index_module --with-http_realip_module --with-http_secure_link_module --with-http_slice_module --with-http_ssl_module --with-http_stub_status_module --with-http_sub_module --with-http_v2_module --with-mail --with-mail_ssl_module --with-stream --with-stream_realip_module --with-stream_ssl_module --with-stream_ssl_preread_module --add-module=/root/nginx_upstream_check_module-master --with-cc-opt='-O2 -g -pipe -Wall -Wp,-D_FORTIFY_SOURCE=2 -fexceptions -fstack-protector-strong --param=ssp-buffer-size=4 -grecord-gcc-switches -m64 -mtune=generic -fPIC' --with-ld-opt='-Wl,-z,relro -Wl,-z,now -pie'
[root@lb02 nginx-1.14.2]# make && make install

5）在已有的负载均衡上增加健康检查的功能

[root@lb01 conf.d]# cat proxy_web.conf
upstream web {
    server 172.16.1.7:80 max_fails=2 fail_timeout=10s;
    server 172.16.1.8:80 max_fails=2 fail_timeout=10s;
    check interval=3000 rise=2 fall=3 timeout=1000 type=tcp;
    #interval  检测间隔时间，单位为毫秒
    #rise      表示请求2次正常，标记此后端的状态为up
    #fall      表示请求3次失败，标记此后端的状态为down
    #type      类型为tcp
    #timeout   超时时间，单位为毫秒
}

server {
    listen 80;
    server_name web.drz.com;
    location / {
        proxy_pass http://web;
        include proxy_params;
    }

    location /upstream_check {
        check_status;
    }
}