Nginx负载均衡详解

柔光的暖阳◎ 2022-01-22 05:41 287阅读 0赞

### Nginx负载均衡详解 ###

*  Nginx的负载均衡策略
 *   *  轮询
     *  权重weight
     *  ip\_hash
     *  least\_conn
     *  第三方策略

接上一篇的入门，本篇主要介绍Nginx的负载均衡策略

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# Nginx的负载均衡策略 #

## 轮询 ##

*  **描述：** 所有请求按照时间顺序地轮流分配到应用服务器上，它可以均衡的将负载分散在后端服务器上，但是并不关心后端服务器的连接数和系统负载，它是`默认`的负载均衡策略。在轮序中如果服务器宕机了会自动移除服务器。一般用于后端服务器性能均等的情况下。
 *  **参数：**

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>参数名</th> 
   <th>用途</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>fail_timeout</td> 
   <td>设置的时间内服务器没有响应则认为服务器失效，默认10s</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>max_fails</td> 
   <td>允许连接失败的次数，默认1</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>fail_time</td> 
   <td>服务器被移除轮询队列的时间，默认10s（在移除的时间内不再被轮询请求）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>backup</td> 
   <td>标记该服务器为备用服务器，当主服务器宕机时，它将会代替主服务器接收请求</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>down</td> 
   <td>标记此服务器永久停机</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

*  **配置范例：**

upstream xx.com{
    	server 192.168.12.100:5000 fail_timeout=2s max_fails=1;
    	server 192.168.12.101:5000 fail_timeout=2s max_fails=1;
    }
    
    server {
    	listen 80;
    	server_name 192.168.12.101;
    
    	location / {
    		proxy_pass http://xx.com;
    		proxy_redirect default;
    		proxy_connect_timeout 2s;
    	}
    	
    	.......省略
    }

在上述配置中，如果一台服务器出现了宕机，那么等待的时间为：  
time = proxy\_connect\_timeout + fail\_timeout \* max\_fails = 2 + 2 \* 1 = 4s

## 权重weight ##

*  **概述：** 在轮询算法的基础上指定轮询的概率。权重越高被分配的记录越大，适合服务器硬件配置有一定差距的情况
 *  **配置范例：**

upstream xx.com{
    	server 192.168.12.100:5000 weight=1;
    	server 192.168.12.101:5000 weight=1;
    	server 192.168.12.101:5000 weight=3;
    }

如上图中的配置，权重为1和3，那么权重为3的服务器被轮询的几率为1的3倍。

*  **加权轮询算法**
 *  **概述：** 加权轮询算法看似简单，例如上述的配置中，有10个请求，假设权重为1的服务器为a,b，权重为3的服务器为c。他们分配的顺序可能为：a,a,b,b,c,c,c,c,c,c。那么对b服务器将会有连续的多个请求，分布并不均匀，容器造成负载突然上升。  
    所以在Nginx中目前使用的是平滑的加权轮询，它会将请求分散开不再是多个连续的，例如：c,a,b,c,c,a,c,b,c,c。
 *  **算法介绍：**  
    首先介绍算法中的几个参数

>  *  **weight：** 配置文件中配置的weight值。
>  *  **effective\_weight：** 服务器的有效权重，初始值为weight，Nginx如果发现与后端的请求中出现超时或者错误将会减少有效权重的值，降低以后再接收请求如果正常则会逐渐增加，直到等于weight。这个参数主要是为了在出现错误时降低权重值。
>  *  **current\_weight：** 服务器的当前权重，初始值为0，并且在每次轮询选取服务器时会动态的调整。
> 
> > 每次选取时会先遍历后端服务器，并对每个服务器的权重执行运算，current\_weight = current\_weight + effective\_weight。（当前权重 + 有效权重）同时设定**Total**的值为当前所有服务器的effective\_weight和
> 
> > 每次选定了current\_weight值最大的服务器处理请求后，将此服务器的current\_weight = current\_weight - total。（当前权重 - 总权重），没有被选定的权重不变。

*  **案例**  
    现在假设，三台服务器a，b，c的权重分别为4，2，1。那么在7此的轮询中a会被选中4次、b会被选中2次、c会被选中1次，且`分布平滑`。  
    为了方便计算，假设所有的服务器都良好可用，那么effective\_weight = weight，total = weight1 + weight2 + weight3 = 7。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>次数</th> 
   <th>选取时的权重值</th> 
   <th>选定结果</th> 
   <th>选定后的权重</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>1</td> 
   <td>a=0+4=4，b=0+2=2，c=1</td> 
   <td>a</td> 
   <td>a=4-7=-3，b=2，c=1</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>2</td> 
   <td>a= -3+4=1，b=2+2=4，c=1+1=2</td> 
   <td>b</td> 
   <td>a=1，b=4-7=-3，c=2</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>3</td> 
   <td>5，-1，3</td> 
   <td>a</td> 
   <td>-2，-1，3</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>4</td> 
   <td>2，1，4</td> 
   <td>c</td> 
   <td>2 ，1，-3</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>5</td> 
   <td>6，3，-2</td> 
   <td>a</td> 
   <td>-1，3，-2</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>6</td> 
   <td>3，5，-1</td> 
   <td>b</td> 
   <td>3，-2，-1</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>7</td> 
   <td>7，0，0</td> 
   <td>a</td> 
   <td>0，0，0</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

最终的顺序为a,b,a,c,a,b,a。符合预期。

## ip\_hash ##

*  **概述：** 通过对IP的Hash值进行计算然后选择分配的服务器。这个方法可以使客户端的请求发送到相同的服务器以保证session会话，并且可以使用权重。
 *  **算法简介：** 看不懂C语言，只能大致了解了Hash算法是将IP的前三段进行计算的

for (i = 0; i < 3; i++) {   
    	hash = (hash * 113 + iphp->addr[i]) % 6271;  //iphp->addr[i]为ip的点分十进制法的第i段
    }

根据计算出来的Hash值进行分配。

*  **配置：**

upstream xx.com{
            ip_hash;    #保证每个访客固定访问一个后端服务器
            server localhost:8080   weight=2; 
            server localhost:8081;  
            server localhost:8082;  
            server localhost:8083   max_fails=3 fail_timeout=20s;  
        }

*  **注意：**

1.  使用IP\_Hash需要Nginx是最前端的服务器，否则无法获取到正确的客户端IP。
2.  如果在IP\_Hash的Nginx服务器之后还有其他的负载均衡，那么具体请求落在某一台服务器就无法确定了。

## least\_conn ##

*  **概述：** 最小连接算法，它会选择后台服务器中积压的连接数最少的服务器来处理当前请求。
 *  **算法简介：** 详细的源码分析参考这篇：[https://blog.csdn.net/zhangskd/article/details/50242241。][https_blog.csdn.net_zhangskd_article_details_50242241]  
      
    nginx内部会记录每个后台服务器当前的连接数和权重，使用最小连接算法时，会选出后台服务器中连接数/权重`最小`的服务器处理请求。

## 第三方策略 ##

*  **fair：** 按照服务端响应时间来分配请求，响应时间最短的优先分配。
 *  **url\_hash：** 根据URL的hash结果来分配请求，它会使每个URL定向到同一个后端服务器中

[https_blog.csdn.net_zhangskd_article_details_50242241]: https://blog.csdn.net/zhangskd/article/details/50242241%E3%80%82