Nginx负载均衡基本概述

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，我使用多台Web服务器组成集群，前端使用Nginx负载均衡，将请求分散的打到我们的后端服务器集群中，实现负载的分发。那么会大大提升系统的吞吐率、请求性能、高容灾。

    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。那么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。

    所以说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在转发给调度节点，调度节点最后响应给用户节点。这样也能实现一个均衡的作用，那么Nginx则是一个典型的SLB。

负载均衡的叫法有很多：

负载均衡
负载
Load Balance
LB
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公有云中叫法

SLB 阿里云负载均衡
QLB 青云负载均衡
CLB 腾讯云负载均衡
ULB ucloud负载均衡
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常见的负载均衡的软件

Nginx
Haproxy
LVS
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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。

负载均衡能实现的应用场景二:七层负载均衡
    七层负载均衡它是在应用层，那么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

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可以作会话保持，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

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.

Nginx upstream虚拟配置语法

Syntax: upstream name { ... }
Default: -
Context: http
upstream例
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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;
    }
}
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1.环境准备

2.Web01服务器上配置nginx

[root@web01 conf.d]# cat node.conf 
server {
	listen 80;
	server_name node.ahui.com;

	location / {
	root /node/;
	index index.html;
	}
}

[root@web01 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@web01 conf.d]# systemctl restart nginx

[root@web01 conf.d]# mkdir /node
[root@web01 conf.d]# echo web01......... > /node/index.html
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3.Web02服务器上配置nginx

[root@web02 conf.d]# cat node.conf 
server {
	listen 80;
	server_name node.ahui.com;

	location / {
	root /node/;
	index index.html;
	}
}

[root@web02 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@web02 conf.d]# systemctl restart nginx

[root@web02 conf.d]# mkdir /node
[root@web02 conf.d]# echo web02........ > /node/index.html
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4.配置Nginx负载均衡

[root@lb01 conf.d]# cat node.conf 
upstream node {
	server  172.16.1.7;
	server  172.16.1.8:80;
}
server {
	listen 80;
	server_name node.ahui.com;
	
	location / {
	proxy_pass http://node;
	include proxy_params;
	}
}

[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
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5.准备Nginx负载均衡调度使用的proxy_params

proxy_set_header Host $http_host;
proxy_http_version 1.1;
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;
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修改hosts文件解析node.ahui.com 到10.0.0.5 通过浏览器访问

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,这个时候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。

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

    location / {
        proxy_pass http://node;
        proxy_next_upstream error timeout http_500 http_502 http_503 http_504;
    }
}
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Nginx负载均衡调度算法

Nginx负载均衡[rr]轮询具体配置

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

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;
}
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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;
}
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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;
}
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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;
}
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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。

第三方模块项目地址：TP

1.安装依赖包

[root@lb01 ~]# yum install -y gcc glibc gcc-c++ pcre-devel openssl-devel patch
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2.下载nginx源码包以及nginx_upstream_check模块第三方模块

[root@lb01 ~]# wget http://nginx.org/download/nginx-1.22.0.tar.gz
[root@lb01 ~]# wget https://github.com/yaoweibin/nginx_upstream_check_module/archive/master.zip
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3.解压nginx源码包以及第三方模块

[root@lb01 ~]# tar xf nginx-1.22.0.tar.gz
[root@lb01 ~]# unzip master.zip
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4.进入解压出的nginx-1.22.0目录，打补丁(nginx的版本是1.22补丁就选择1.20.1的,p1代表在nginx目录，p0是不在nginx目录)

#将模块增加到Nginx
[root@lb01 ~]# cd nginx-1.22.0
[root@lb01 nginx-1.22.0]# patch -p1 < ../nginx_upstream_check_module-master/check_1.20.1+.patch 
[root@lb01 nginx-1.22.0]# ./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  --add-module=/root/nginx_upstream_check_module-master --with-stream_realip_module --with-stream_ssl_module --with-stream_ssl_preread_module --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'
	
# 最后执行make 编译安装
[root@lb01 nginx-1.22.0]# make && make install
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5.在已有的负载均衡上增加健康检查的功能

[root@lb01 conf.d]# cat node.conf 
	upstream node {
		server  172.16.1.7 max_fails=2 fail_timeout=10s;
		server  172.16.1.8 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 node.oldboy.com;
		
		location / {
		proxy_pass http://node;
		include proxy_params;
		}
		
		location /check {
				 check_status;
		}
	}
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Nginx负载均衡会话保持

在使用负载均衡的时候会遇到会话保持的问题，可通过如下方式进行解决。
1.使用nginx的ip_hash，根据客户端的IP，将请求分配到对应的IP上
2.基于服务端的session会话共享（NFS，MySQL，memcache，redis，file）

在解决负载均衡绘画问题，我们需要了解session和cookie的区别。
浏览器端存的是cookie每次浏览器发请求到服务端时，报文头是会自动添加cookie信息的。
服务端会查询用户的cookie作为key去存储里找对应的value(session)
同意域名下的网站的cookie都是一样的，所以无论几台服务器，无论请求分配到哪一台服务器上同一用户的cookie是不变的。也就是说cookie对应的session也是唯一的。所以，这里只要保证多台业务服务器访问同一个共享存储服务器（NFS，MySQL，memcache，redis，file）就行了。

1.配置Nginx

[root@web01 conf.d]# cat php.conf
server {
    listen 80;
    server_name php.ahui.com;
    root /code/phpMyAdmin-4.8.4-all-languages;

    location / {
        index index.php index.html;
    }

    location ~ \.php$ {
        fastcgi_pass 127.0.0.1:9000;
        fastcgi_param SCRIPT_FILENAME $document_root$fastcgi_script_name;
        include fastcgi_params;
    }
}
[root@web01 conf.d]# systemctl restart nginx
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2.安装phpmyadmin （web01和web02上都装）

[root@web01 conf.d]# cd /code
[root@web01 code]# wget https://files.phpmyadmin.net/phpMyAdmin/4.8.4/phpMyAdmin-4.8.4-all-languages.zip
[root@web01 code]# unzip phpMyAdmin-4.8.4-all-languages.zip
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3.配置phpmyadmin连接远程的数据库

[root@web01 code]# cd phpMyAdmin-4.8.4-all-languages/
[root@web01 phpMyAdmin-4.8.4-all-languages]# cp config.sample.inc.php config.inc.php
[root@web01 phpMyAdmin-4.8.4-all-languages]# vim config.inc.php
/* Server parameters */
$cfg['Servers'][$i]['host'] = '172.16.1.51';
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4.配置授权

[root@web01 conf.d]# chown -R www.www /var/lib/php/
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使用浏览器访问页面，获取cookie信息

[root@web01 ~]#ll /val/lib/php/session/
总用量 4
-rw-------. 1 www www 2424 8月  21 18:41	sess_a4b63126ccb57be6663edcd2ec8a89d8
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5.将web01上配置好的phpmyadmin以及nginx的配置文件推送到web02主机上

[root@web01 code]# scp -rp  phpMyAdmin-4.8.4-all-languages root@172.16.1.8:/code/
[root@web01 code]# scp /etc/nginx/conf.d/php.conf  root@172.16.1.8:/etc/nginx/conf.d/
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6.在web02上重载Nginx服务

[root@web02 code]# systemctl restart nginx
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7.授权

[root@web02 code]# chown -R www.www /var/lib/php/
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8.接入负载均衡

[root@lb01 conf.d]# vim proxy_php.com.conf 
upstream php {
        server 172.16.1.7:80;
        server 172.16.1.8:80;
}
server {
        listen 80;
        server_name php.ahui.com;
        location / {
                proxy_pass http://php;
                include proxy_params;
        }
}

[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
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使用负载均衡的轮询功能之后，会发现，如果将session保存在本地文件的话，永远都登录不上去php.oldboy.com

使用redis解决会话登录问题

1.安装redis内存数据库

[root@db01 ~]# yum install redis -y
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2.配置redis监听在172.16.1.0网段上

[root@db01 ~]# sed  -i '/^bind/c bind 127.0.0.1 172.16.1.51' /etc/redis.conf
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3.启动redis

[root@db01 ~]# systemctl start redis
[root@db01 ~]# systemctl enable redis
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4.php配置session连接redis

#1.修改/etc/php.ini文件
[root@web ~]# vim /etc/php.ini
session.save_handler = redis
session.save_path = "tcp://172.16.1.51:6379"
;session.save_path = "tcp://172.16.1.51:6379?auth=123" #如果redis存在密码，则使用该方式
session.auto_start = 1

#2.注释php-fpm.d/www.conf里面的两条内容，否则session内容会一直写入/var/lib/php/session目录中
;php_value[session.save_handler] = files
;php_value[session.save_path]    = /var/lib/php/session
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5.重启php-fpm

[root@web01 code]# systemctl restart php-fpm
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6.将web01上配置好的文件推送到web02

[root@web01 code]# scp /etc/php.ini root@172.16.1.8:/etc/php.ini  
[root@web01 code]# scp /etc/php-fpm.d/www.conf root@172.16.1.8:/etc/php-fpm.d/www.conf 
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5.上web02上重启php-fpm

[root@web02 code]# systemctl restart php-fpm
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6.redis查看数据

[root@db01 ~]# redis-cli 
127.0.0.1:6379> keys *
1) "PHPREDIS_SESSION:f96f184460e8ca9dfdc65f3e70cca79c"
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多级代理获取真实用户IP地址

set_real_ip_from: 真实服务器上一级代理的IP地址或者IP地址段，可以写多行
real_ip_header: 从那个heare头检索出需要的IP地址
real_ip_recursive: 递归排除set_real_ip_from里出现的IP，没有出现的则为remote用户来源IP

server {
	listen 80;
	server_name nginx.oldboy.com;
	
	set_real_ip_from 172.16.1.7;
	set_real_ip_from 172.16.1.8;
	real_ip_header X-Forwarded-For;
	real_ip_recursive on;
	
	location / {
	root /code;
	index index.html index.php;
	}
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