## Ngnix負載均衡

- 在多臺伺服器之間有效地分配客戶端請求或網路負載
 - 透過僅向正常伺服器傳送請求確保高可用性和可靠性
 - 業務不中斷地情況下，按需彈性分配伺服器資源

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使用nginx做負載均衡的三大模組：

- upstream 定義負載節點池
 - location 模組 進行URL匹配
 - proxy模組 傳送請求給upstream定義的節點池

## upstream模組解讀

nginx 的負載均衡功能依賴於 ngx_http_upstream_module模組，所支援的代理方式有 proxy_pass(一般用於反向代理),fastcgi_pass(一般用於和動態程式互動)，memcached_pass，proxy_next_upstream，fastcgi_next_pass，memcached_next_pass 。

upstream 模組應該放於http{}標籤內。
模組寫法：

```powershell
upstream backend {
    ip_hash; 
    server backend1.example.com       weight=5;
    server backend2.example.com:8080;
    server backup1.example.com:8080   backup;
    server backup2.example.com:8080   backup;
}
```

例項一：

```powershell
upstream dynamic {
    zone upstream_dynamic 64k;

server backend1.example.com      weight=5;
    server backend2.example.com:8080 fail_timeout=5s slow_start=30s;
    server 192.168.199.18                 max_fails=3;
    server backend3.example.com      resolve;

server backup1.example.com:8080  backup;
    server backup2.example.com:8080  backup;
}
```

## 語法解釋

## nginx預設支援四種排程演算法

- 輪詢(rr),每個請求按時間順序逐一分配到不同的後端伺服器，如果後端伺服器故障，故障系統自動清除，使使用者訪問不受影響
 - 輪詢權值(weight),weight值越大，分配到的訪問機率越高，主要用於後端每個伺服器效能不均的情況
 - ip_hash，每個請求按訪問IP的hash結果分配，這樣來自同一個IP的固定訪問一個後端伺服器，主要解決動態網站session共享的問題
 - url_hash，按照訪問的URL的hash結果來分配請求，是每個URL定向到同一個後端伺服器，可以進一步提高後端快取伺服器的效率，nginx本身不支援，如果想使用需要安裝nginx的hash軟體包
 - fair，這個演算法可以依據頁面大小和載入時間長短智慧的進行負載均衡，也就是根據後端伺服器的響應時間來分配請求，相應時間短的優先分配，預設不支援，如果想使用需要安裝upstream_fail模組
 - least_conn 最少連結數，那個機器連線數少就分發

## server模組的寫法

*server IP 排程狀態*
server指令指定後端伺服器IP地址和埠，同時還可以設定每個後端伺服器在負載均衡排程中的狀態。

- down 表示當前的server暫時不參與負載均衡
 - backup 預留的備份伺服器，當其他所有的非backup伺服器出現故障或者忙的時候，才會請求backup機器，因為這臺叢集的壓力最小
 - max_fails 允許請求失敗的次數，預設是1，當超過最大次數時，返回proxy_next_upstream模組定義的錯誤。0表示禁止失敗嘗試。根據業務需求去配置
 - fail_timeout，在經歷了max_fails次失敗後，暫停服務的時間。根據業務需求配置。常規業務2-3秒合理

例：如果max_fails是5，他就檢測5次，如果五次都是502.那麼，他就會根據fail_timeout 的值，等待10秒，再去檢測。

server 如果接域名，需要內網有DNS伺服器，或者在負載均衡器的hosts檔案做域名解析。server後面還可以直接接IP或IP加埠。

## 長連線 keepalive

```powershell
upstream backend {
    server backend2.example.com:8080;
    server backup1.example.com:8080   backup;
    keepalive 100;
}
```

透過該指令配置了每個worker程式與上游伺服器可快取的空閒連線的最大數量。
當超出這個數量時，最近最少使用的連線將被關閉。keepalive指令不限制worker程式與上游伺服器的總連線。

```powershell
location / {
    # 支援keep-alive
    proxy_http_version 1.1;
    proxy_set_header Connection "";
    proxy_pass http://backup;
}
```

- 如果是http/1.0 需要配置傳送"Connection: Keep-Alive" 請求頭
 - 上游伺服器不要忘記開啟長連線支援

連線池配置建議

- 總長連線數是"空閒連線池"+"釋放連線池"的長連線總數
 - 首先，長連線配置不會限制worker程式可以開啟的總連線數（超了的作為短連線）。另外連線池一定要根據場景合理進行設定

1.空閒連線池太小，連線不夠用，需要不斷建連線。
2.空閒連線池太大，空閒連線太多，還沒使用就超時。
3.建議只對小報文開啟長連線。

## location 模組解讀

location作用：基於一個指令設定URI。
基本語法：

```powershell
Syntax:	location [ = | ~ | ~* | ^~ ] uri { ... }
location @name { ... }
Default:	—
Context:	server, location
```

- = 精確匹配，如果找到匹配=號的內容，立即停止搜尋，並立即處理請求(優先順序最高)
 - ~ 區分大小寫
 - ~* 不區分大小寫
 - ^~ 只匹配字串，不匹配正規表示式
 - @ 指定一個命名的location，一般用於內部重定義請求，location @name {…}

匹配是有優先順序的，不是按照nginx的配置檔案進行。

官方例子：

```powershell
location = / {
    [ configuration A ]
}
location / {
    [ configuration B ]
}
location /documents/ {
    [ configuration C ]
}
location ^~ /images/ {
    [ configuration D ]
}
location ~* \.(gif|jpg|jpeg)$ {
    [ configuration E ]
}
```

結論：

- / 匹配A
 - /index.html 匹配B
 - /documents/document.html 匹配C
 - /images/1.gif 匹配D
 - /documents/1.jpg 匹配的是E

測試用的例子：

```powershell
location / {
           return 401;
        }
        location = / {
            return 402;
        }
        location /documents/ {
            return 403;
        }
        location ^~ /images/ {
            return 404;
        }
        location ~* \.(gif|jpg|jpeg)$ {
            return 500;
        }
```

測試結果：

```powershell
[root@skyline conf]# curl -I -s -o /dev/null -w "%{http_code}\n" http://192.168.199.7/
402
[root@skyline conf]# curl -I -s -o /dev/null -w "%{http_code}\n" http://192.168.199.7/index.html
401
[root@skyline conf]# curl -I -s -o /dev/null -w "%{http_code}\n" http://192.168.199.7/documents/document.html 
403
[root@skyline conf]# curl -I -s -o /dev/null -w "%{http_code}\n" http://192.168.199.7/images/1.gif
404
[root@skyline conf]# curl -I -s -o /dev/null -w "%{http_code}\n" http://192.168.199.7/dddd/1.gif  
500
```

結果總結：
匹配的優先順序，=>^~（匹配固定字串，忽略正則）>完全相等>~*>空>/ 。
工作中儘量將'='放在前面。

## proxy_pass 模組解讀

proxy_pass 指令屬於ngx_http_proxy_module 模組，此模組可以將請求轉發到另一臺伺服器。

寫法：

```powershell
proxy_pass http://localhost:8000/uri/; 
```

例項一：

```powershell
 upstream proxy_real_servers {
         server 192.168.199.9:80  weight=5;
         server 192.168.199.10:80  weight=10;
         server 192.168.199.19:82  weight=15;
    }
    server {
       listen       80;
       server_name  www.xxx.org;
       location / {
        	proxy_pass http:// proxy_real_servers;
        	proxy_set_header host $host;
	proxy_set_header X-Forwarded-For $remote_addr;
       }
    }
```

- proxy_set_header：當後端Web伺服器上也配置有多個虛擬主機時，需要用該Header來區分反向代理哪個主機名，proxy_set_header host $host;
 - proxy_set_header X-Forwarded-For ：如果後端Web伺服器上的程式需要獲取使用者IP，從該Header頭獲取。proxy_set_header X-Forwarded-For $remote_addr

## proxy_pass相關的最佳化引數

- client_max_body_size 10m; 允許客戶端請求的最大的單個檔案位元組數
 - client_body_buffer_size 128k; 緩衝區代理緩衝使用者端請求的最大位元組數 可以理解為先儲存到本地再傳給使用者
 - proxy_connect_timeout 600; 跟後端伺服器連線的超時時間_發起握手等候響應超時時間
 - proxy_read_timeout 600; 連線成功後_等候後端伺服器響應時間_其實已經進入後端的排隊之中等候處理
 - proxy_send_timeout 600; 後端伺服器回傳資料時間,就是在規定時間之內後端伺服器必須傳完所有的資料
 - proxy_buffer_size 8k; 代理請求快取區，這個快取區間會儲存使用者的頭資訊以供Nginx進行規則處理,一般只要設定能儲存下頭資訊即可
 - proxy_buffers 4 32k; 同上 告訴Nginx儲存單個頁面使用的空間大小，假設網頁大小平均在32k以下的話
 - proxy_busy_buffers_size 64k; 如果系統很忙的時候可以申請更大的proxy_buffers 官方推薦(proxy_buffers*2)
 - proxy_max_temp_file_size 1024m; 當 proxy_buffers 放不下後端伺服器的響應內容時，會將一部分儲存到硬碟的臨時檔案中，這個值用來設定最大臨時檔案大小，預設1024M，它與 proxy_cache 沒有關係。大於這個值，將從upstream伺服器傳回。設定為0禁用
 - proxy_temp_file_write_size 64k; proxy快取臨時檔案的大小 proxy_temp_path（可以在編譯的時候）指定寫到哪那個目錄

## 健康檢查

Nginx提供了health_check語句來提供負載（upstream）時的鍵康檢查機制（注意：此語句需要設定在location上下文中）。

支援的引數有：

- interval=time：設定兩次健康檢查之間的間隔值，預設為5秒
 - fails=number：設定將伺服器視為不健康的連續檢查次數，預設為1次
 - passes=number：設定一個伺服器被視為健康的連續檢查次數，預設為1次
 - uri=uri：定義健康檢查的請求URI，預設為”/“
 - match=name：指定匹配配置塊的名字，用記測試響應是否透過健康檢測。預設為測試返回狀態碼為2xx和3xx

一個簡單的設定如下，將使用預設值：

```powershell
location / {
    proxy_pass http://backend;
    health_check;
}
```

對就應用，我們可以專門定義一個API用於健康檢查：/api/health_check，並只返回HTTP狀態碼為200。並設定兩次檢查之間的間隔值為1秒。這樣，health_check語句的配置如下：

```powershell
health_check uri="/api/health_check" interval;
```

匹配match的方法

```powershell
http {
    server {
    ...
        location / {
            proxy_pass http://backend;
            health_check match=welcome;
        }
    }

match welcome {
        status 200;
        header Content-Type = text/html;
        body ~ "Welcome to nginx!";
    }
}
```

match 例子舉例

- status 200;: status 等於 200
 - status ! 500;: status 不是 500
 - status 200 204;: status 是 200 或 204
 - status ! 301 302;: status 不是301或302
 - status 200-399;: status 在 200 到 399之間
 - status ! 400-599;: status 不在 400 到 599之間
 - status 301-303 307;: status 是 301, 302, 303, 或 307
 - header Content-Type = text/html;: “Content-Type” 得值是 text/html
 - header Content-Type != text/html;: “Content-Type” 不是 text/html
 - header Connection ~ close;: “Connection” 包含 close
 - header Connection !~ close;: “Connection” 不包含 close
 - header Host;: 請求頭包含 “Host”
 - header ! X-Accel-Redirect;: 請求頭不包含 “X-Accel-Redirect”
 - body ~ "Welcome to nginx!";: body 包含 “Welcome to nginx!”
 - body !~ "Welcome to nginx!";: body 不包含 “Welcome to nginx!”

## 完整nginx例項

```powershell
[root@skyline conf]# cat nginx.conf
worker_processes  2;
events {
    worker_connections  65536;
}
http {
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;
    sendfile        on;
    keepalive_timeout  65;
    #upstream
    upstream proxy_real_servers {
   	server   192.168.199.9:80 weight=1 max_fails=1 fail_timeout=10s;
   	server   192.168.199.10:80 weight=1 max_fails=2 fail_timeout=20s;
    }
    server {
       listen       80;
       server_name  www.xxx.org;
       location / {
        proxy_pass http:// proxy_real_servers;
        include proxy.conf;
       }
    }
}
[root@skyline conf]# cat proxy.conf 
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $remote_addr;
        proxy_connect_timeout 90;        
        proxy_send_timeout 90;
        proxy_read_timeout 90;
        proxy_buffer_size 4k;
        proxy_buffers 4 32k;
        proxy_busy_buffers_size 64k;
	proxy_temp_file_write_size 64k;
```

## 擴充套件補充

## 只允許使用指定方法請求（GET,HEAD,POST）
```powershell
 	## Only allow these request methods ##
      	if ($request_method !~ ^(GET|HEAD|POST)$ ) {
          	return 444;
       }
```

## 根據URI及location實現動靜分離

最終實現：
1./static/的URL都去訪問192.168.199.9。
2./dynamic/的URL都去訪問192.168.199.10。
3.圖片這些靜態檔案去訪問192.168.199.9。
4./upload/的URL都去訪問192.168.199.10。

```powershell
[root@skyline conf]# cat nginx.conf
worker_processes  1;
events {
    worker_connections  1024;
}
http {
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;
    sendfile        on;
    keepalive_timeout  65;
    upstream static_pools {
      server 192.168.199.9:80;
    }
    upstream dynamic_pools {
      server 192.168.199.10:80;
    }
     upstream upload_pools {
      server 192.168.199.9:80;
    }

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

location / {
        proxy_pass http://static_pools;
        include proxy.conf;
       }

location /static/ { 
        proxy_pass http://static_pools;
        include proxy.conf;
       }
    
        location ~* \.(gif|jpg|jpeg)$ {
         proxy_pass http://static_pools;
         include proxy.conf;
        }

location /dynamic/ { 
        proxy_pass http://dynamic_pools;
        include proxy.conf;
       }
       location /upload/ {
        proxy_pass http://upload_pools;
        include proxy.conf;
       }
    }
}
```

## 實現蘋果手機和安卓手機訪問不同地址

```powershell
server {
       listen       80;
       server_name  www.xxxx.com;
       location / {
        	if ($http_user_agent ~* "android")
        	{
           	proxy_pass http://android_pools;
        	}
        	if ($http_user_agent ~* "iphone")
        	{
          		proxy_pass http://iphone_pools;
        	}
        	proxy_pass http://pc_pools;
        	include extra/proxy.conf;
       }
        access_log off;
 }
```

參考文件
[nginx-proxy_pass官網](http://nginx.org/en/docs/http/ngx_http_proxy_module.html#proxy_pass)
[Nginx-負載均衡](https://blog.csdn.net/qq_51574197/article/details/117408823)
[Full Example Configuration](https://www.nginx.com/resources/wiki/start/topics/examples/full/)

![在這裡插入圖片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/2aad2dd548624f0cbcdbee437d93f936.jpeg#pic_center)

Linux下玩轉nginx系列（五）---nginx實現負載均衡

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