用Nginx實現Session共享的均衡負載

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前言

大學三年多，也做個幾個網站和APP後端，老是被人問到，如果使用者多了伺服器會不會掛，總是很尷尬的回答：“哈哈，我們的使用者還少，到了伺服器撐不住的時候，估計都上市了吧”。說是這麼說，但是對於有強迫症的我，這個問題一直迴響在我腦海裡，久久不散啊。如今大四下了，終於有時間來深入瞭解一下這個問題了。

貌似解決大訪問量的方案有硬體和軟體兩個大類的方法，硬體一般比較貴，學生黨就不去考慮了。還是想想怎麼用軟體解決吧。於是乎，Google，Baidu，balabala… 搜到最多的詞就是“均衡負載”，搭配的一般都是Nginx。找到了方向，那就擼起袖子幹活吧。

叢集搭建

首先在vmware12中安裝3臺debain，命名為debian1,debian2，debian3。一路預設就好（其實並不好，後面會說）。

vmware有個問題，一旦視窗獲得焦點，就自動關閉了小鍵盤，導致我設定root密碼的時候輸入為空（它也沒提示）。
後來我想用su命令才發現密碼錯誤，輸入空密碼一樣錯誤，就只有找回密碼了。

對於debian來說，這樣改：在grub介面游標指向待啟動的系統，然後按 e 鍵進行編輯，如圖：

在 quiet 後面加個1（注意要有空格），按F10，你就可以以root身份進入命令列介面的。

這時候就用passwd修改密碼，然後reboot就可以了。

終於開啟了，準備試試網路，發現無法訪問外網，但是windows主機可以，如果一路預設的話不應該出現問題，最有可能就是防毒軟體把vmware的服務程式給關了（裝了360…）。在windows中啟動Vmware的DHCP服務

然後虛擬機器要reboot一下來獲取ip。好了，現在虛擬機器可以訪問外網了。

安裝nginx，才發現根本連不上，一看才發現是老美的源，應該是一路預設惹的禍啊，修改為科大源（我為母校自豪，哈哈）。

vi /etc/apt/source.list

修改為：

deb http://mirrors.ustc.edu.cn/debian/ wheezy main non-free contrib
	deb http://mirrors.ustc.edu.cn/debian/ wheezy-proposed-updates main non-free contrib
	deb-src http://mirrors.ustc.edu.cn/debian/ wheezy main non-free contrib
	deb-src http://mirrors.ustc.edu.cn/debian/ wheezy-proposed-updates main non-free contrib

	deb http://mirrors.ustc.edu.cn/debian-security/ wheezy/updates main non-free contrib
	deb-src http://mirrors.ustc.edu.cn/debian-security/ wheezy/updates main non-free contrib

然後執行這個命令來更新： apt-get update

安裝： apt-get install nginx

啟動：/etc/init.d/nginx start

隨便用一個虛擬機器開啟一個瀏覽器開啟localhost,成功啟動，如圖：

vi用不慣 apt-get install vim 安裝vim報錯：

The following packages have unmet dependencies:
     vim : Depends: vim-common (= 2:7.3.547-7) but 2:7.4.488-7 is to be installed
    E: Unable to correct problems, you have held broken packages.

可見衝突了，解決：

先執行apt-get remove vim-common 解除安裝vim-common

再進行安裝vim，執行 apt-get install vim

找找nginx的根目錄，我們開啟配置檔案（和Apache一樣，配置檔案模組化的，不是一個單獨的nginx.conf）看一看

vim /etc/nginx/sites-enabled/default

中間有一行

root /usr/share/nginx/www;

這就是根目錄啦

修改index.html來區分三臺主機

用ipconfig 分別獲得 ip 地址，在windows中訪問

debian1  http://192.168.182.128/

debian2  http://192.168.182.129/

debian3  http://192.168.182.130/

基礎嘗試

先來一個小例子，以便對均衡負載產生一個直觀的感受吧。

我們把debian1作為主伺服器承擔請求分發的任務，即外部訪問的是debian1，然後debain1把請求傳送給debian2或者debain3，如下圖：

在debian1中修改配置檔案 ：vim /etc/nginx/nginx.conf

在http配置項中加入如下

upstream site { 
	      server  192.168.182.129:80; 
	      server  192.168.182.130:80; 
	} 

	server{ 
	    listen 80;  
	    location / { 
	        proxy_pass         http://site;
	    } 
	}

這是選擇的輪詢的模式

儲存重啟nginx。

現在在windows中訪問debian1，http://192.168.182.128/。多次重新整理 可見如下兩圖依次出現：

說明傳送給 debian1 的請求的確是均勻分配到 debian2和debian3了，亦即輪詢。

session共享

上面的例子可以說簡單到沒有什麼實用價值，大型網站一般不可能是純靜態的，一般都涉及到使用者登入的問題，那麼就涉及到session的問題了。你想使用者在A登陸了，A記住了使用者的登入狀態，可是下一次使用者請求被分配到B去了怎麼辦？顯然不可能讓使用者再登陸一次。所以要實現session共享。一般有幾個解決辦法：

1. iphash,把特定ip傳送給特定主機，就不存在session這個問題了，因為1個使用者對應1臺主機。但是某時刻當來自某個IP地址的請求特別多，那麼將導致某臺負載伺服器的壓力可能非常大，而其他負載伺服器卻空閒的不均衡情況，這就違背了我們負載均衡的初衷。
2. 搭建redis叢集或者memcached叢集，用叢集自帶的同步方法來幫我們在不同的主機中同步session，這樣就相當於把原來的一份session變成了N分session（有點浪費，哈哈），session的同步就依賴於NoSql叢集的同步了。
3. 不使用session，換作cookie。但是秉承著防禦性程式設計的原則，我們不能相信使用者輸入，因為cookie可能被禁用，甚至篡改。
4. 單獨設定一個session伺服器，負載伺服器得到一個sessionid過後，去session伺服器獲得會話狀態，然後根據狀態來響應使用者請求，如果會話狀態為空，則在session伺服器中設定一個會話狀態，然後返回給使用者一個sessionid。

我準備採用方案4，即用debian1作為分發伺服器，同時作為session伺服器（用redis實現），負載伺服器每次都要向分發伺服器請求使用者的session對應的會話狀態，以此決定響應方式。

php 環境搭建

在debain2，3中搭建php環境

先在2中修改

命令 ：

apt-get update    #更新源
apt-get install php5		#安裝php5
apt-get install php5-cli		#安裝php5 命令列工具
apt-get install php5-fpm

最後一句就報錯了：

The following packages have unmet dependencies:
	 gnupg : Depends: libreadline6 (>= 6.0) but it is not going to be installed
	   Recommends: gnupg-curl but it is not going to be installed
	 	php5-fpm : Depends: libssl1.0.0 (>= 1.0.0) but it is not going to be installed
         Depends: php5-common (= 5.4.45-0+deb7u2) but it is not going to be installed
         Depends: ucf but it is not going to be installed
         Depends: tzdata but it is not going to be installed
          PreDepends: dpkg (>= 1.16.1~) but it is not going to be installed

搞了好久也沒解決，還是換個fastcgi管理工具吧（回頭再來啃一啃）：

apt-get install spawn-fcgi

啟動spawn-fcgi：

/usr/bin/spawn-fcgi -a 127.0.0.1 -p 9000 -C 5 -u www-data -g www-data -f /usr/bin/php-cgi

說明：

-a : PHP FastCGI 繫結IP地址

-p : PHP FastCGI 指定埠

-u : PHP FastCGI 使用者名稱

-g : PHP FastCGI 使用者組

-f : 指向 PHP5 fastcgi

另外

vim /etc/rc.local

加入上述命令使得它開機自啟

配置nginx的php選項（還是看官網比較好，不要到處亂搜）：

location ~ [^/]\.php(/|$) {
	fastcgi_split_path_info ^(.+?\.php)(/.*)$;
	if (!-f $document_root$fastcgi_script_name) {
		return 404;
	}

	fastcgi_pass 127.0.0.1:9000;
	fastcgi_index index.php;
	include fastcgi_params;
}

重啟：/etc/init.d/nginx restart

在根目錄中加入1.php

<?php
	phpinfo();
	?>

訪問，終於成功了，淚奔

接下來對debain3 如法炮製。總算是完成這一步了。

redis 環境搭建

在debain1中搭建redis伺服器

命令：

wget http://download.redis.io/releases/redis-2.8.12.tar.gz
    	tar xzf redis-2.8.12.tar.gz
    	cd redis-2.8.12
    	make

編譯成功，執行：./src/redis-server redis.conf

修改配置 開啟 redis.conf

• 把 bind 127.0.0.1 修改為 bind 0.0.0.0 即任意主機可以訪問
• 找到“requirepass”欄位，在後面加上密碼 password

重啟redis伺服器：

./src/redis-cli -h 127.0.0.1 -p 6379 shutdown #關閉
./src/redis-server redis.conf 開啟

這時你會發現如果用redis客戶端直接訪問會報錯

要輸入密碼後在能正常使用，如圖：

在debain2,3中配置phpredis

命令：

apt-get install php5-dev #php開發者工具，後面編譯需要
	    wget https://github.com/nicolasff/phpredis/archive/master.tar.gz
	    tar xvf master.tar.gz
	    cd phpredis-master/
	    phpize
	    ./configure --enable-redis
	    make && make install

然後修改配置：

vim /etc/php5/apache2/php.ini

在Dynamic Extensions 後面新增extension=redis.so

重啟服務：還真沒找到成熟的解決辦法，只有採取笨辦法了

lsof -i :9000  #列出該埠相關資訊，包含PID
	kill -9 pid  # 把上一步顯示出來的pid挨個殺死
	/usr/bin/spawn-fcgi -a 127.0.0.1 -p 9000 -C 5 -u www-data -g www-data -f /usr/bin/php-cgi  #啟動

測試：在debian3的nginx根目錄新增1.php 程式碼如下：

<?php
	 $redis_host = '192.168.182.128';
	 $redis_port = 6379;
	 $redis_psw = 'password';

	 $redis = new Redis ();
	 $redis->connect ( $redis_host, $redis_port );
	 $redis->auth ( $redis_psw );
	 $redis->set('a',1);
	 echo $redis->get('a');

	?>

結果如下：

可見是成功了，對debian2如法炮製，效果一樣

邏輯實現

負載伺服器檢視客戶端是否帶有sessionid這個引數，如果有，則去session伺服器獲取會話狀態並返回結果，否則產生一個session和會話狀態存入session伺服器並返回sessionid給客戶端。這是一個大概的邏輯輪廓，細節就不討論了，實現如下：

1. 修改debian2,3的nginx配置檔案使得預設路徑是index.php 而非 index.html,同時刪掉原有的index.html,加入index.php。重啟。
2. index.php 程式碼如下：

   <?php
   //初始化連線
   $redis_host = '192.168.182.128';
   $redis_port = 6379;
   $redis_psw = 'password';
   $redis = new Redis ();
   $redis->connect ( $redis_host, $redis_port );
   $redis->auth ( $redis_psw );
   $sessionid = ceil($_GET['sessionid']);
   $hostname = 'debian2';//debian3就要改成debian3
   
   if(empty($sessionid)){//沒有sessionid
   	$sessionid = rand(10000000,99999999);//簡便起見產生8位數字作為有效id
   	$status = '已經登陸,由 '.$hostname.' 設定session';
   	$redis->set($sessionid,$status);
   	$data = array('當前站點'=>$hostname,'sessionid'=>$sessionid,'info'=>'這是您第一次登陸');
   echo json_encode($data,JSON_UNESCAPED_UNICODE);
   	exit();
   }
   
   $status = $redis->get($sessionid);
   
   if(empty($status)){//sessionid無效
   	$sessionid = rand(10000000,99999999);//簡便起見產生8位數字作為有效id
   	$status = '已經登陸,由 '.$hostname.' 設定session';
   	$redis->set($sessionid,$status);
   	$data = array('當前站點'=>$hostname,'sessionid'=>$sessionid,'info'=>'這是您第一次登陸');
   echo json_encode($data,JSON_UNESCAPED_UNICODE);
   	exit();
   }
   
   $data = array('當前站點'=>$hostname,'sessionid'=>$sessionid,'info'=>$status);
   echo json_encode($data,JSON_UNESCAPED_UNICODE);
   exit();
   
   ?>

3. 測試

首次訪問debian1

再次訪問debain1，這裡就出了點問題，不知道為什麼，一直髮送到到debian2，連續嘗試很多次，沒有一次請求到debian3，根本就沒有輪詢啊。但是過了幾分鐘再次訪問debian1

請求就傳送到debian3了，我估計是用了php過後，nginx把一小段時間內的請求傳送到同一主機了，但是一大段時間上還是輪詢的。

但是我換了個瀏覽器過後，又變成每次輪詢了。一頭汗…… 所以這還是和瀏覽器有關的？（暫時搞不定。回頭再看看，先換個瀏覽器）

首次訪問debian1

再次訪問debian1

帶上sessionid首次訪問debian1

帶上sessionid再次次訪問debian1

可見的確是達到了均衡負載同時session共享的目的。

總結

這篇文章寫下來可真是費了些力氣，中間出了好多錯，不過一個一個有耐心的解決掉，最後出來的結果還是令人挺有成就感的。畢竟心裡的一塊大石算是落了。以後有空再嘗試一下其他幾種方法。

PS : 修改配置檔案的時候，一定要先備份再修改，不然出了問題都不能恢復。

更新

啃了好久，終於找到上面包依賴（衝突）的問題了（得感謝我的一位同學）。都是源惹的禍，我當時是直接找了一段程式碼放進source.list, 實際上把wheezy全部改成jessie，就行了，因為我的debian是8.3 而wheezy代表debian7。用了錯誤的源會導致很多的相容問題，趕緊換回來。換回來過後安裝php相關的元件就沒有任何問題了。