Nginx的负载均衡

一、概述

Nginx负载均衡是一种通过将客户端请求分发到多个后端服务器的技术，旨在提高系统的吞吐量、可用性和容错性。

二、Nginx负载均衡工作原理

Nginx作为反向代理服务器，接收客户端的请求，并根据配置的负载均衡算法将请求转发到后端服务器。其工作流程如下：

1. 客户端请求到达Nginx。

2. Nginx根据配置的负载均衡策略选择后端服务器。

3. Nginx将请求转发到选定的后端服务器。

4. 后端服务器处理请求并返回响应。

5. Nginx将响应返回给客户端。

三、负载均衡可以实现的场景 

3.1、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已经能够支持TCP/IP的控制，所以只需要对客户端的请求进行TCP/IP协议包的转发就可以实现负载均衡，它的好处就是性能非常快、只需要底层进行应用处理，而不需要一些复杂的逻辑。

3.2、七层负载均衡 

七层负载均衡是在应用层，它可以完成很多方面的协议请求，比如我们所说的http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。Nginx是一个典型的七层负载均衡SLB。

 3.3、四层负载均衡与七层负载均衡的区别

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要在第七层才进行分发，所以，七层负载均衡的效率没有四层负载均衡效率高。
七层负载就均衡更贴近于服务，http协议就是在七层，我们可以通过Nginx做会话保持，URL路径规则匹配、Head头改写等等，这些都是四层负载均衡无法实现的。
四层负载均衡可以解决七层负载均衡的端口限制问题。
四层负载均衡可以解决七层负载均衡高可用问题。

四、Nginx负载均衡调度算法

调度算法	概述
轮循	按时间顺序逐一分配到不同的后端服务器
Weight（加权轮循）	Weight的值越大，分配到的访问几率就越高
Ip_hash	每个请求按访问的IP的hash值结果进行分配，来自同一个IP的客户端会访问固定的服务器
url_hash	按照访问的URL的hash值结果进行分配，每个URL定向到同一个后端服务器
Least_conn	最少链接数，哪个服务器链接数少就发给哪个

五、负载均衡后端状态 

状态	概述
down	当前的server不参与负载均衡
backup	预留的备份服务器
Max_fails	允许请求失败的次数
Fail_timeout	经过max_fails失败后，服务暂停时间
Max_conns	限制最大的连接接受数

5.1、down状态 

5.1.1、实验虚拟机配置

服务器：web01 10.0.0.7   172.16.1.7                  #安装Nginx、PHP、MuSQL

服务器：web02 10.0.0.8   172.16.1.8                  #安装Nginx、PHP、MuSQL

负载均衡服务器： lb  10.0.0.6  172.16.1.6           #安装Nginx

5.1.2、在负载均衡服务器上配置服务文件

upstream webs {

        server 172.16.1.7  down;          #表示web01服务器不参与负载均衡服务

        server 172.16.1.8;

} 

server {

       listen 80;

       server_name www.lv.com;

    location / {

       proxy_pass http://webs;

       include proxy_params;

    }

}

5.2、backup状态 

5.2.1实验虚拟机配置

服务器：web01 10.0.0.7   172.16.1.7                  #安装Nginx、PHP、MuSQL

服务器：web02 10.0.0.8   172.16.1.8                  #安装Nginx、PHP、MuSQL

负载均衡服务器： lb  10.0.0.6  172.16.1.6           #安装Nginx

5.2.2、 在负载均衡服务器上配置服务文件

upstream webs {

         server 172.16.1.7  backup;                  #预留的备份服务器

         server 172.16.1.8;

} 

server {

        listen 80;

        server_name www.lv.com;

    location / {

        proxy_pass http://webs;

        include proxy_params;

       }

}

 六、实验演示案例（PhpMyadmin）

6.1、实验虚拟机配置

服务器：web01 10.0.0.7   172.16.1.7                  #安装Nginx、PHP、MuSQL

服务器：web02 10.0.0.8   172.16.1.8                  #安装Nginx、PHP、MuSQL

数据库：mysql  10.0.0.51 172.16.1.51                #安装mariadb-server

负载均衡服务器： lb  10.0.0.6  172.16.1.6           #安装Nginx

6.2、服务器web01配置

6.2.1、安装Nginx服务 

6.2.1.1、配置Nginx官方扩展仓库

 vim /etc/yum.repos.d/nginx.repo

 [nginx-stable]
 name=nginx stable repo
 baseurl=http://nginx.org/packages/centos/7/$basearch/
 gpgcheck=0
 enabled=1
 gpgkey=https://nginx.org/keys/nginx_signing.key
 module_hotfixes=true

6.2.1.2、安装Nginx服务

 yum -y install nginx

 6.2.1.3、创建启动用户www

groupadd -g 666 www

useradd -u666 -g 666 -M -s /sbin/nologin www 

6.2.1.4、修改Nginx配置文件 

vim /etc/nginx/nginx.conf

user  www;
worker_processes  auto;

error_log  /var/log/nginx/error.log notice;
pid        /var/run/nginx.pid;

events {
    worker_connections  1024;

6.2.1.5、编辑PhpMyadmin配置文件

 vim /etc/nginx/conf.d/admin.conf

server {

     listen 80;

     server_name www.admin.com;

     root /app/admin;

  location / {

     index index.html index.php;

   }

  location ~ \.php$ {

    fastcgi_pass 127.0.0.1:9000;

    fastcgi_param SCRIPT_FILENAME $document_root$fastcgi_script_name;

    include fastcgi_params;

   }

}

6.2.1.6、检查配置文件语法正确性 

nginx -t 

6.2.1.7、启动Nginx并加入开机自启动 

systemctl  start nginx

systemctl enable nginx 

6.2.1.8、创建PhpMyadmin代码目录

 mkdir -p /app/admin

6.2.1.9、将PhpMyadmin代码拷贝到PhpMyadmin代码目录

lz /app/phpMyAdmin-5.2.1-all-languages.zip

 6.2.1.10、解压PhpMyadmin代码

tar zxf phpMyAdmin-5.2.1-all-languages.zip

 6.2.1.10、将PhpMyadmin目录下的代码移到/app/admin

mv /app/admin/phpMyAdmin-5.2.1-all-languages/*  /app/admin/

6.2.2、安装PHP服务 

6.2.2.1、安装PHP应用软件组 

yum -y install php php-bcmath php-cli php-common php-devel php-embedded php-fpm php-gd php-intl php-mbstring php-mysqlnd php-opcache php-pdo php-process php-xml php-json 

6.2.2.2、修改PHP配置文件 

vim /etc/php-fpm.d/www.conf

同步启动用户与Nginx保持一致 www用户
       24:user = www
       26:group = www
修改监听方式
       38:listen = 127.0.0.1:9000

 6.2.2.3、启动PHP服务并加入开机自启动

systemctl start php-fpm

syatemctl enable php-fpm

6.3、在mysql服务器上安装mariadb服务 

6.3.1 、安装mariadb

yum -y install mariadb-server 

6.3.2、开启数据库并加入开机自启动 

systemctl start mariadb

systemctl enable mariadb 

6.3.3、创建数据库登录秘密 

mysqladmin password 'lyx123.com' 

 6.3.4、登录数据库

mysql -uroot -plyx123.com 

6.3.5、创建数据库远程登录用户 

grant all on *.* to lyx@'%' identified by 'lyx123.com';

6.3.6、创建admin数据库 

create database admin; 

6.3.7、检查数据库 

show databases; 

 6.4、本地hosts解析

10.0.0.7  www.admin.com 

6.5、浏览器访问 

6.6、服务器web02配置 

6.6.1、安装Nginx服务与PHP服务同web01服务器一样

6.6.2、创建代码目录文件 

mkdir -p /app/admin 

6.6.3、同步web01的admin代码到web02下 (当前在web02服务器/app/admin)

rsync -avz --delete [email protected]:/app/admin/*   ./

6.7、本地hosts解析 

10.0.0.8 www.admin.com 

6.9、浏览器访问 

6.10、在mysql服务器安装会话保持

 6.10.1、安装redis服务

yum -y install redis 

6.10.2、 配置redis的监听端口

vim /etc/redis/redis.conf

75:bind 127.0.0.1 172.16.1.51

6.10.3、启动redis服务并加入开机自启动

systemctl start redis

systemctl enable redis 

6.10.4、查看登录 

redis -cli

127.0.0.1:6379> keys *
(empty array)
127.0.0.1:6379> quit 

6.11、将两台web服务写入到redis （两台服务器都做如下操作）

6.11.1、安装redis插件 

yum -y install  gcc glibc gcc-c++ pcre-devel openssl-devel patch

6.11.2、下载redis源码包到/root

 wget http://pecl.php.net/get/redis-4.0.1.tgz

6.11.3、在/root目录下解压redis源码包 

tar zxf  redis-4.0.1.tgz

6.11.4、配置初始化 

cd  redis-4.0.1

phpize

./configure

6.11.5、编译安装 

make && make install 

6.11.6、开启redis插件功能 

vim /etc/php.ini

1357:extension=redis.so     #添加此内容

1222:session.save_handler = redis
1255:session.save_path = "tcp://172.16.1.51:6379"

6.11.7、修改 配置文件

vim /etc/php-fpm.d/www.conf

;php_value[session.save_handler] = files
;php_value[session.save_path]    = /var/lib/php/session
php_value[soap.wsdl_cache_dir]  = /var/lib/php/wsdlcache
;php_value[opcache.file_cache]  = /var/lib/php/opcache

6.11.8、重启PHP服务 

systemctl restart php-fpm 

6.12、搭建负载均衡 

6.12.1、 负载均衡服务器配置Nginx官方仓库

 vim /etc/yum.repos.d/nginx.repo

[nginx-stable]
name=nginx stable repo
baseurl=http://nginx.org/packages/centos/$releasever/$basearch/
gpgcheck=1
enabled=1
gpgkey=https://nginx.org/keys/nginx_signing.key
module_hotfixes=true

6.12.2、安装Nginx服务 

yum -y install nginx 

6.12.3、编辑负载均衡配置文件 

vim /etc/nginx/conf.d/lb.conf

upstream lb {

       server 172.16.1.7:80;

       server 172.16.1.8:80;

} 

server {

      listen 80;

      server_ name www.admin.com;

  location / {

      proxy_pass http://lb;

      proxy_set_header HOST $host;

      proxy_buffers 256 4k;                        
      proxy_max_temp_file_size 0k;
      proxy_connect_timeout 60;                  
      proxy_send_timeout 60;                   
      proxy_read_timeout 60;                     
      proxy_next_upstream error timeout invalid_header http_502 http_500 http_503 http_504;
      proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add__x_forwarded_for;

}

}

6.12.4、启动Nginx并加入开机自启动 

systemctl start nginx

systemctl enable nginx 

6.13、本地hosts解析 

10.0.0.6    www.admin.com 

6.14、浏览器访问测试 

七、总结

通过合理配置负载均衡策略，Nginx能够有效提升系统性能、容错能力和扩展性，是现代互联网架构中不可或缺的一部分。