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Nginx 负载均衡笔记

1. 概述

1.1 Nginx 简介

Nginx 是一个高性能的 HTTP 和反向代理服务器，也是一个 IMAP/POP3/SMTP 代理服务器。Nginx 以其高性能、稳定性、丰富的功能集、简单的配置文件以及低系统资源消耗而闻名。

1.2 负载均衡概述

负载均衡是一种将工作负载分摊到多个服务器上的技术，以提高网站、应用或数据库的性能和可靠性。负载均衡器可以在不同的网络层级实现，最常见的是第 4 层（传输层）和第 7 层（应用层）负载均衡。

2. 四层负载均衡（传输层）

2.1 工作原理

第 4 层负载均衡基于传输层协议（如 TCP 和 UDP）进行负载均衡。Nginx 作为第 4 层负载均衡器时，会基于 IP 地址和端口将请求分发到后端服务器。

2.2 特点

透明性： 第 4 层负载均衡器只处理网络层和传输层的数据包，不关心应用层的数据内容。 高效性： 因为不需要解析应用层数据包，处理速度快，性能高。 简单性：配置较为简单，适用于不需要复杂应用层处理的场景。

2.3 优缺点

优点 高性能： 因为只处理传输层的数据包，Nginx 可以高效地转发请求。 广泛适用： 可以处理任何基于 TCP 或 UDP 的应用。 缺点 功能有限： 无法基于应用层内容（如 URL、头信息）进行负载均衡。 调试复杂： 因为透明性，难以对应用层问题进行调试。

2.4 示例场景

TCP 负载均衡：适用于需要将 TCP 流量分发到多个后端服务器的场景，如数据库连接池。UDP 负载均衡： 适用于需要将 UDP 流量分发到多个后端服务器的场景，如 DNS 请求。

3. 七层负载均衡（应用层）

3.1 工作原理

第 7 层负载均衡基于应用层协议（如 HTTP 和 HTTPS）进行负载均衡。Nginx 作为第 7 层负载均衡器时，会解析 HTTP 请求，并基于请求的内容（如 URL、头信息、Cookies）将请求分发到后端服务器。

3.2 特点

灵活性：第 7 层负载均衡器可以基于应用层的任何信息进行复杂的负载均衡决策。可见性： 可以解析并记录详细的请求信息，便于监控和调试。 安全性： 可以基于请求内容进行安全过滤和权限控制。

3.3 优缺点

优点 灵活性高：可以基于 URL、头信息、Cookies 等进行复杂的负载均衡。强大的功能： 支持 SSL 终结、缓存、压缩、请求重写等高级功能。 可扩展性： 易于扩展和集成其他应用层服务，如 WAF、认证等。 缺点 性能开销： 因为需要解析和处理应用层数据包，性能开销较大。 配置复杂： 需要更多的配置和管理工作，特别是在复杂的应用场景中。

3.4 示例场景

HTTP 负载均衡：适用于需要将 HTTP 请求分发到多个后端 Web 服务器的场景。HTTPS 负载均衡： 适用于需要处理 HTTPS 请求，并将其分发到多个后端服务器的场景。 基于 URL 的负载均衡： 适用于需要将不同路径的请求分发到不同服务器的场景。 基于 Cookies 的会话保持： 适用于需要基于用户会话将请求分发到同一服务器的场景。

4. Nginx 调度算法

4.1 轮询（Round Robin）

简介： 将请求依次分发给每个后端服务器，循环进行。 特点：简单易用，适用于负载均衡较为均匀的场景。

4.2 最小连接数（Least Connections）

简介： 将请求分发给当前活动连接数最少的后端服务器。 特点： 适用于请求处理时间差异较大的场景。

4.3 IP 哈希（IP Hash）

简介： 基于客户端 IP 地址计算哈希值，将请求分发给对应的后端服务器。 特点： 适用于需要会话保持的场景，确保同一客户端的请求始终分发到同一服务器。

4.4 加权轮询（Weighted Round Robin）

简介： 根据服务器的权重进行轮询，权重高的服务器分配更多的请求。 特点： 适用于后端服务器性能不一致的场景。

5. 四层负载配置示例

需求：使用nginx监听8888端口，后端服务器均为MySQL，并且MySQL为主从模式，客户端将访问nginx提供的8888端口来连接MySQL

我这里只是模拟，所以数据库里面是空的，没有任何库，表

主机名/服务 IP 端口 oe01 Nginx 192.168.200.170 8888 oe02 Mysql01 192.168.200.171 3306 oe03 Mysql02 192.168.200.172 3306

5.1 安装并启动数据库

[root@oe02~]# yum install mariadb-server -y [root@oe03 ~]# yum install mariadb-server -y [root@oe02 ~]# systemctl enable –now mariadbCreated symlink /etc/systemd/system/mysql.service → /usr/lib/systemd/system/mariadb.service. Created symlink /etc/systemd/system/mysqld.service → /usr/lib/systemd/system/mariadb.service. Created symlink /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/mariadb.service → /usr/lib/systemd/system/mariadb.service. [root@oe03 ~]# systemctl enable –now mariadbCreated symlink /etc/systemd/system/mysql.service → /usr/lib/systemd/system/mariadb.service. Created symlink /etc/systemd/system/mysqld.service → /usr/lib/systemd/system/mariadb.service. Created symlink /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/mariadb.service → /usr/lib/systemd/system/mariadb.service.# 初始化数据库 [root@oe02 ~]# mysql_secure_installation [root@oe03 ~]# mysql_secure_installation

5.2 开启root远程连接权限

如果不开启远程连接权限的话，是不能够连接上数据库的，此时的数据库只能够本地进行使用，所以我们需要开启远程权限

[root@oe02 ~]# mysql -uroot -p123 MariaDB [(none)]> grant all privileges on *.* to root@123 identified by 123; Query OK, 0 rows affected (0.001 sec) MariaDB [(none)]> flush privileges; Query OK, 0 rows affected (0.001 sec) [root@oe03 ~]# mysql -uroot -p123MariaDB [(none)]> grant all privileges on *.* toroot@123 identified by 123; Query OK, 0 rows affected (0.001 sec) MariaDB [(none)]> flush privileges; Query OK, 0 rows affected (0.001 sec)

5.3 配置Nginx

[root@oe01 ~]# vim /etc/nginx/nginx.conf # 在末尾加上这一段配置stream { upstream db { server 192.168.200.171:3306; server 192.168.200.172:3306; } server { listen 8888; proxy_pass db; } }

配置解释：

一定要在/etc/nginx/nginx.conf里面加入这一段配置，如果在conf.d目录下写的话会报错的，因为这个是四层负载，而你将配置写在conf.d下的话他是会被加载到http段落里面去的，http属于7层，所以他会报错 upstream db ：表示定义一个后端服务器组，这个组的名字叫做db，在这个段落里面使用server来指定主机和端口 server段落：这里就是配置虚拟主机，监听8888端口

5.4 重启nginx并测试

[root@oe01 ~]# systemctl restart nginx

现在我们使用客户端来连接mysql

[root@oe01 ~]# mysql -uroot -p123 -h 192.168.200.170 -P 8888mysql: [Warning] Using a password on thecommandline interface can be insecure. Welcome to the MySQL monitor. Commands end with ; or g. Your MySQL connection id is 15 Server version: 5.5.5-10.5.25-MariaDB MariaDB Server Copyright (c) 2000, 2024,Oracleand/or its affiliates. Oracle is a registered trademark of Oracle Corporation and/or its affiliates. Other names may be trademarks of their respective owners. Typehelp; or h for help. Type cto clear the current input statement. mysql>

客户端成功的连接上了数据库，并且使用的地址是Nginx的地址，端口也是Nginx监听的端口

6. 七层负载配置示例

四层的负载是需要定义在http段落以外的，而七层的负载就可以定义在http段落内了，也就是说我们可以将负载的配置文件单独写一个并放在/etc/nginx/conf.d/下

需求：使用nginx轮询的策略负载后端的web服务

主机名/服务 IP oe01 Nginx负载 192.168.200.170 oe02 Nginx01 192.168.200.171 oe03 Nginx02 192.168.200.172

从这个规划来，第一个nginx不提供web服务，只提供对后端的负载

6.1 配置web服务器

# 安装nginx [root@oe02 ~]# yum install nginx -y [root@oe03 ~]# yum install nginx -y # 启动nginx[root@oe02 ~]# systemctl start nginx [root@oe03 ~]# systemctl start nginx # 编写index.html [root@oe02 ~]# echo “hello nginx01” >/usr/share/nginx/html/index.html [root@oe02 ~]# echo “hello nginx02” >/usr/share/nginx/html/index.html

我们的web服务器就配置好了，接下来配置Nginx的负载均衡

6.2 配置负载均衡

[root@oe01 ~]# cd /etc/nginx/conf.d/[root@oe01 conf.d]# vim load.confupstream webserver { server 192.168.200.171:80; server 192.168.200.172:80; } server { listen 80; location / { proxy_pass http://webserver; } }

6.3 重启nginx并测试

[root@oe01 conf.d]# systemctl restart nginx

客户端测试

C:Users86156>curl 192.168.200.170 hello nginx01 C:Users86156>curl 192.168.200.170 hello nginx02 C:Users86156>curl 192.168.200.170 hello nginx01 C:Users86156>curl 192.168.200.170 hello nginx02