Nginx 學習系列（二） ------------- 負載均衡

擁抱心中的夢想發表於2018-08-08
Nginx負載

說到負載均衡，我想說它天生就是不公平的。為什麼這麼說呢？請你想象這麼一個場景，一塊蛋糕切成5份，現在要將它分給A、B、C3個人，基於公平原則，我們說每個人正常可以分到5/3份，但是，5/3份很明顯不好進行劃分，誒碰巧這個時候A中午沒有吃飯，能多吃幾份，B、C肚子偏飽，1份即可，基於不公平原則，我們分給A3份蛋糕，B、C個一份，這樣按照一定策略將資源進行劃分的方式，是一種均衡的策略。

在web應用中，一個web應用（或者說某個服務）在生產環境中一般是叢集部署，然後採用負載均衡硬體(F5)或者軟體（nginx）將請求分發到不同的服務主機中進行處理，很明顯，這裡的蛋糕就相當於我們的web request，假設有5個request進來，基於一定的均衡策略，我們可能會將其中的3個request交給A伺服器去處理，B、C伺服器各處理1個request。下面我畫張圖片簡單說明這個模型：

Nginx 學習系列（二） ------------- 負載均衡

那麼使用負載均衡有什麼好處呢？首先優化資源利用率，最大化吞吐量，減少延遲，再者系統的伸縮性和可靠性也得到了相應的保障。

一、Nginx 負載均衡及相關策略介紹

負載均衡技術少不了相關的均衡策略，Nginx 中提供了 4 種均衡策略，我們可以根據具體的業務場景選擇合適的均衡策略。下面分別介紹這 4 中均衡策略：

  • 1、基於輪詢的均衡策略：

    輪詢嘛，就是說對進到nginx的request按照遍歷的方式進行分發，如果request 1 分發到 Server A，那麼request 2將被分發到 Server B,......以此迴圈類推

  • 2、基於最少連線數的均衡策略：

    最少連線，也就是說nginx會判斷後端叢集伺服器中哪個Server當前的 Active Connection 數是最少的，那麼對於每個新進來的request,nginx將該request分發給對應的Server.

  • 3、基於ip-hash的均衡策略：

    我們都知道，每個請求的客戶端都有相應的ip地址，該均衡策略中，nginx將會根據相應的hash函式，對每個請求的ip作為關鍵字，得到的hash值將會決定將請求分發給相應Server進行處理

  • 4、基於加權輪詢的均衡策略：

    加權輪詢，很顯然這個策略跟我們開題引入的場景是一樣的，nginx會給Server配置相應的權重，權重越大，接收的request數將會越多

上面的均衡策略其實都非常很好理解，但是如果想了解其實現原理，可以看原始碼，但是小編就算了，我是看不懂C、C++的。

二、Nginx 不同均衡策略的配置介紹

  • 1、基於輪詢的均衡策略：

這個是Nginx預設的均衡演算法，如果你不進行相關的配置，預設會執行該策略，配置如下：

http {
    upstream myapp1 {
        server srv1.example.com;
        server srv2.example.com;
        server srv3.example.com;
    }
    server {
        listen 80;

        location / {
            proxy_pass http://myapp1;
        }
    }
}
複製程式碼

可以看出，nginx負載均衡使用到的指令不多，其中比較重要的兩個是upstream和proxy_pass,upstream塊定義一個後端小叢集，裡邊配置相關的Server組成這個叢集，同時upstream為這個叢集起個相應的名字，本例項叫myapp1.proxy_pass處於location塊中，表示對於所有符合/的request，將會交給哪個叢集進行處理，本例項為http://myapp1。

但又一點我們需要注意，上面http://myapp1中myapp1必須是upstream起的名字，對於協議是使用http還是https,都無所謂，如果你的協議使用https，則將http直接改成https即可。另外，如果你在upstream中的server指令中指定了協議名，那麼在proxy_pass指令中就不需要加上協議名稱了。

nginx負載均衡使用反向代理實現，也就是我們上面使用到的proxy_pass指令，支援的協議不止是http和https,同時還支援FastCGI、uwsgi、SCGI、memcached、gRPC，如果你需要使用除了http、https外的其他協議，我們不能使用proxy_pass指令了，應該轉而使用相應的指令，如fastcgi_pass、uwsgi_pass、scgi_pass、memcached_pass、grpc_pass。

該策略處理負載，小編認為還是有缺陷的，不能防止某臺Server出現負載過高的情況。因為如果有些請求執行時間過長，而系統的併發量卻非常大，那麼就可能導致某臺Server出現request堆積，負載過高，snowslide is possible~

  • 2、基於最少連線數的均衡策略：

該策略主要使用了least_conn指令，具體配置如下：

 upstream myapp1 {
        least_conn;
        server srv1.example.com;
        server srv2.example.com;
        server srv3.example.com;
    }
複製程式碼

該策略還是比較人性化的，可以按照機器的實際情況進行剛需分配。

  • 3、基於ip-hash的均衡策略：

當然了，如果我們想實現這樣一個功能，我們想讓對於相同客戶端的請求每次都被分發到同一個Server進行處理，上面兩種策略都是不做到。此策略可確保來自同一客戶端的請求始終定向到同一伺服器，但此伺服器不可用時除外。相關配置如下：

upstream myapp1 {
    ip_hash;
    server srv1.example.com;
    server srv2.example.com;
    server srv3.example.com;
}
複製程式碼

既然相同客戶端的請求能被同一臺Server進行處理，那麼相同客戶端的會話Session就可以實現持久化了。

  • 4、基於加權輪詢的均衡策略：

基於加權輪詢的策略就不需要過多講解了，就是在輪詢的基礎上加上個權重資訊

upstream myapp1 {
    server srv1.example.com weight=3;
    server srv2.example.com;
    server srv3.example.com;
}
複製程式碼

這種策略適合Server機器處理能力有區別的情況。

三、nginx 負載均衡更多高階特性及配置

  • 1、健康檢查

    不僅人需要體檢，機器也是需要體檢的，那麼就當nginx就是那位體檢醫生吧！nginx健康檢查是什麼呢？當我們一個request進來被分發到相應的Server進行處理後，nginx會檢查該request執行是否超時，是否執行失敗了等情況，然後做出相應的處理---比如說當nginx檢查出Server A執行某request時報出502錯誤了，那麼下次nginx負載均衡時就會在upstream塊中將Server A排除掉，不分發請求給到Server A了。

    對於健康檢查的功能，nginx提供了基本兩個指令，即max_fails和fail_timeout,也就是說當nginx檢查到某Server發生錯誤的request數達到max_fails或者執行某request執行時間超過fail_timeout了，如果發生超時了，nginx將開始使用實時請求優雅地探測Server，如果有響應，則認為對應的Server還是活著的，沒有毛病的。

  • 2、更多配置

    針對上面upstream塊中的server指令，其格式為：server address [parameters];，裡邊的parameters可以有很多的引數型別，比如說指定某臺Server不參與負載均衡等。具體配置詳見官網連結，點選此處傳送門。

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