Nginx负载均衡upstream模块

一、upstream模块简介

Nginx的负载均衡功能依赖于ngx_http_upsteam_module模块，所支持的代理方式包括proxy_pass, fastcgi_pass, uwsgi_pass, scgi_pass, memcached_pass和grpc_pass。ngx_http_upstream_module模块有允许Nginx定义一组或多组服务组，使用的可以通过proxy_pass代理方式把网站的请求发送到事先定义好的对应upstream组的名字上。upstream模块可以实现负载均衡，其实隐含了一个重要功能那就是冗余，在一个web节点故障的时候，配置了upstream时可以自动切换到正常工作的节点。

二、负载均衡算法简介

调度算法一般分为两类：第一类为静态调度算法，即负载均衡器根据自身设定的规则进行分配，不需要考虑后端节点服务器的情。第二类为动态调度算法，即负载均衡器会根据后端节点的当前状态来决定是否分发请求。

1、轮询

rr 轮循即round robin 默认调度算法，静态调度算法。客户端请求顺序把客户端的请求逐一分配到不同的后端节点服务器，这相当于 LVS 中的 rr 算法，如果后端节点服务器宕机（默认情况下nginx 只检测80端口）。宕机的服务器会自动从节点服务器池中剔除，以便客户端的用户访问不受影响。新的请求会分配给正产的服务器。

2、权重轮询

wrr即weight 权重轮循，静态调度算法。在 rr 轮循算法的基础上加上权重，即为权重轮循算法，当使用该算法时，权重和用户访问成正比，权重值越大，被转发的请求也就越多。可以根据服务器的配置和性能指定权重值大小，有效解决新旧服务器性能不均带来的请求分配问题。

3、IP哈希

ip_hash是静态调度算法，每个请求按客户端 IP 的 hash 结果分配，当新的请求到达时，先将其客户端IP通过哈希算法哈希出一个值，在随后的客户端请求中，客户 IP 的哈希值只要相同，就会被分配至同一台服务器，该调度算法可以解决动态网页的 session 共享问题，但有时会导致请求分配不均，即无法保证 1:1 的负载均衡，因为在国内大多数公司都是 NAT 上网模式，多个客户端会对应一个外部 IP，所以，这些客户端都会被分配到同一节点服务器，从而导致请求分配不均。LVS 负载均衡的 -P 参数、keepalived 配置里的 persistence_timeout 50 参数都类似这个 Nginx 里的 ip_hash 参数，其功能均为解决动态网页的 session 共享问题。

4、最小连接数

least_conn是动态调度算法，会根据后端节点的连接数来决定分配情况，哪个机器连接数少就分发。

5、最短响应时间

最短响应时间（fair）调度算法是动态调度算法，会根据后端节点服务器的响应时间来分配请求，响应时间端的优先分配。这是更加智能的调度算法。此种算法可以依据页面大小和加载时间长短只能地进行负载均衡，也就是根据后端服务器的响应时间来分配请求，响应时间短的优先分配。Nginx 本身是不支持 fair 调度算法的，如果需要使用这种调度算法，必须下载 Nginx 的相关模块 upstream_fair。

6、url_hash算法

url_hash算法是动态调度算法，按访问 URL 的 hash 结果来分配请求，使每个 URL 定向到同一个后端服务器，可以进一步提高后端缓存服务器的效率命中率。（多用于后端服务器为缓存时的场景下）Nginx 本身是不支持 rul_hash的，如果需要使用这种调度算法，必须安装 Nginx 的hash 模块软件包。

三、配置示例

1、配置示例模板

upstream backend {
    server backend1.example.com       weight=5;  #执行realserver，可以赋权重
    server backend2.example.com:8080; 
    server unix:/tmp/backend3;

    server backup1.example.com:8080   backup;  #backup表示该节点为热备节点，激活节点失效时启用
    server backup2.example.com:8080   down;  #下线服务器，可以在real服务器需要维护时配置
}

server {
   listen	80;  #listen、server_name这些正常配置
   server_name	www.test.com;
    location / {
        proxy_pass http://backend;  ##反向代理执行定义的upstream名字
    }
}

2、权重轮询配置示例

upstream  show {
        server 192.168.0.141 weight=1;
        server 192.168.0.142 weight=2; 
     }

3、ip_hash配置示例

 upstream show {
        ip_hash;
        server 192.168.0.141 ;
        server 192.168.0.142 ;
     }

4、fair配置示例

 upstream show {
        fair;
        server 192.168.0.141 ;
        server 192.168.0.142 ;
     }

5、least_conn配置示例

 upstream show {
        least_conn;
        server 192.168.0.141 ;
        server 192.168.0.142 ;
     }

6、url_hash配置示例

 upstream show {
        server 192.168.0.141 ;
        server 192.168.0.142 ;
        hash $request_uri;
        hash_method crc32;
     }

四、负载均衡效果展示

1、部署2个web服务器

分别在s142主机和s142主机部署2个Tomcat服务，服务访问页面内容如下：

2、配置nginx服务

upstream show {
    ip_hash ;  #使用ip_hash负载均衡调度算法
    server 192.168.10.141:8080 ;
    server 192.168.10.142:8080 ;
    }
server {
    listen	80;  #listen、server_name这些正常配置
    server_name	www.test.com;
    access_log /var/log/nginx/test.access.log;
    location / {
        proxy_pass http://show;  ##反向代理执行定义的upstream名字
    }
}

3、配置域名解析

这是模拟测试，使用测试域名，通过修改hosts文件（C:\Windows\System32\drivers\etc\hosts）实现直接通过域名访问，实际应用需要申请域名并解析。

4、访问域名验证

5、停止s142的web服务后再次访问

停止s142的web服务后应用自动切换到了s141节点，其实upstream模块可以作为负载均衡，更重要的是实现冗余，如果是单机部署的web应用在出现节点故障时服务即无法访问，通过upstream可以实现多节点冗余。

6、修改调度算法为轮询

总结