Nginx负载均衡

# 负载均衡相关概念

# 集群

完成相同任务或工作的一组服务器，例如WEB服务集群：web01、web02、web03。
相较于一台高性能服务器来说，它的特点有：
- 高性能，多台服务器集群在一起可以提供更高的性能。
- 价格有效性，多台低性能的集群，相较一台高性能更加便宜，价格更加透明，且对比单机需要停机维护来看维护成本更低。
- 高可用性，多台服务器集群在一起，冗余性更高更加安全。
- 可伸缩性，可以根据需求灵活的调整服务器的数量。

# 负载均衡

用于实现对用户的访问请求进行调度分配，实现用户访问压力分担，可利用反向代理实现负载均衡，以后端服务器高可用。
Nginx可以实现四层和七层的负载均衡，实现四层使用stream，实现七层使用upstream。
- 四层就是基于IP+端口的负载均衡，可以转发TCP/IP协议、UDP协议，通常用来转发端口。
- 七层就是基于URL等应用层信息的负载均衡，通常用来转发HTTP和HTTPS协议的报文。
- 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。但四层负载均衡不识别域名，而七层负载均衡可以识别域名。

# 反向代理

反向代理用于转发外网主机的请求到内网服务器。
外网主机 -> 代理服务器 -> 内网服务器，在外网主机和内网服务器中间加入一台代理服务器，其中代理服务器有2块网卡，内网网卡和外网网卡。然后客户端就可以通过代理服务器的外网IP访问内网服务器。
需要注意内网服务器不会知道外网主机的IP，除非报文中有信息传递了外网主机IP。

# 正向代理

正向代理用于转发内网主机的请求到外网服务器，内网主机本身不可以上网，但是可以通过代理服务器上网，也就是常说的共享上网和翻墙。
内网主机(局域网) -> 代理服务器 -> 互联网 -> 外网服务器，其中代理服务器有2块网卡，内网网卡和外网网卡。

# Nginx负载均衡配置

# 负载均衡模块

ngx_http_upstream_module模块

# 配置负载均衡
Syntax:	upstream name { ... }
Default: —
# 只能在定义在http{}区中
Context: http

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使用例子

# 定义负载均衡的后端集群，可指定任意名称
upstream myweb {
    # 配置后端WEB服务器内网地址
    server 10.0.0.7:80;
    server 10.0.0.8:80;
}

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调度相关配置

轮询调度算法

# 轮询分配请求，按顺序一轮一轮的分配请求
server 10.0.0.7:80;
server 10.0.0.8:80;

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权重调度算法

# 权重分配请求，权重数值越高，分配请求给该主机的次数就越多，用于后端服务器性能不均的情况
server 10.0.0.7:80 weight=[权重数值、默认是1];
server 10.0.0.8:80 weight=[权重数值];

# 比如下面的例子，假设有4个客户端连接请求，则会先调度3个连接到10.0.0.7，然后才会调度1个连接到10.0.0.8
server 10.0.0.7:80 weight=3;
server 10.0.0.8:80 weight=1;

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热备功能

# 当其他所有节点都故障时，才会使用热备节点
server 10.0.0.7:80 backup;

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节点健康检查

# 定义最大失败次数，尝试连接后端主机失败的次数，失败就会将请求发送给其他节点。默认为1，企业中建议2~3次，或者根据业务需求调整
# 下面的例子表示发送5次都无响应的话，就算为失败故障
server 10.0.0.7:80 max_fails=5;

# 定义失败之后的重发的间隔，定义重新尝试连接的间隔时间，尝试重连只会尝试1次。默认为10s，常规业务2~3秒，或者根据业务需求调整
# 下面的例子表示节点失败10秒后，才会继续尝试连接该节点，且下次只会尝试连接该节点1次，直到能正常连接为止
server 10.0.0.7:80 fail_timeout=10s;

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ip_hash调度算法

# 用户第一次访问时，会根据用户IP生成与之对应的hash值。用户下次访问时就会根据不同的hash值，调用有着不同hash池范围的WEB节点。这样只要用户源IP不变，那么用户的每次访问都会访问到相同的WEB节点
# 但是该方法会造成负载不均，应该是早期用来解决用户数据在不同后端可能有的存在、有的不存在的问题，现在可以用NFS网络文件系统解决，所以一般不会使用该调度方式
upstream averload {
    ip_hash;
    ... ...
}

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least_conn最小连接调度算法

# 根据服务器连接数分配请求，优先分配请求给连接数最小的WEB节点
# 此负载均衡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 averload {
    least_conn;
    ... ...
}

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# 反向代理模块

ngx_http_proxy_module模块

# 配置反向代理
Syntax:	proxy_pass URL;
Default: —
Context: location, if in location, limit_except

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使用例子

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

server {
    listen 80;
    server_name www.test.com;
    location / {
        # 将请求转发到指定URL
        # 可以此处指定负载均衡后端集群，此处的myweb就是upstream配置的集群名
        proxy_pass http://myweb;
    }
}

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转发请求到后端时添加自定头信息
- proxy_set_head Host $host;
代理返回响应给客户端时添加自定头信息
- add_header X-test-host $host;

# 负载均衡相关问题

# 访问网站时显示的页面内容不正确

可能是由于请求报文中的Host字段错误导致的，我们在负载均衡服务器上将客户端请求的Host信息，添加到转发给后端的请求报文上即可。
```
location / {
    proxy_pass http://myweb;
    proxy_set_header Host $host;
}
```
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# 服务网站WEB后端没有记录用户IP地址

我们在负载均衡服务器上将客户端请求的IP信息，作为X-Forwarded-For添加到转发给后端的请求报文上即可，然后访问日志格式中配置上打印X-Forwarded-For即可。
```
location / {
    proxy_pass http://myweb;
    proxy_set_header X-Forwarded-For $remote_addr;
}
```
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# Nginx负载均衡排错思路

先定位出错的负载均衡集群，再定位出错的服务器，再针对服务器进行错误排查。
测试后端WEB节点服务器是否可以正常访问，如curl -H "host:www.learn.com" 10.0.0.8/test.html。
负载均衡服务器，使用curl命令访问域名，测试是否可以正常调度。
PC电脑PING域名，测试外网是否可以正常访问。

# 负载均衡应用案例

# 动静分离配置

根据用户访问的URI信息进行负载均衡，以实现动静分离。如果请求的是静态资源，则将请求负载均衡调度到静态资源服务器。如果请求的是非静态资源，则将请求负载均衡调度到处理动态请求的后端。
比如Nginx+Tomcat中，Nginx对于静态资源的请求是比Tomcat快的，所以动静分离可以提高网站静态资源的访问效率。

配置方法

# 负载均衡服务器上进行配置

# 静态资源服务器
upstream static {
    server 10.0.0.7:80;
    server 10.0.0.8:80;
}
# Tomcat服务器
upstream tomcat {
    server 10.0.0.9:80;
    server 10.0.0.10:80;
}

server {
    listen 80;
    server_name www.test.com;

    # 因为动态资源不好通过URI区分，所以一般会匹配静态资源，然后默认将请求调度到处理动态资源的后端
    # 如果请求的是静态资源则将其负载均衡到静态资源服务器
    # 可以配置匹配静态资源路径，也可以配置匹配静态资源URI，例如：location ~*/(img|js|css)
    location /static {
        proxy_pass http://static;
        proxy_set_header Host $host;
    }

    # 如果请求的是非静态资源，则将其负载均衡到处理动态资源的后端
    location / {
        proxy_pass http://tomcat;
        proxy_set_header Host $host;
    }
}

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#Web #Nginx

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