Nginx----负载均衡

本文详细介绍了Nginx的负载均衡原理、处理方式、七层负载均衡指令、策略以及四层负载均衡的实现。此外,还讨论了Nginx的缓存服务,包括缓存设置指令、清除缓存的方法以及如何设置资源不被缓存。通过案例分析,展示了如何在实际应用中配置Nginx负载均衡和缓存。

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负载均衡

1、负载均衡概述

早期的网站流量和业务功能都比较简单,单台服务器足以满足基本的需求,但是随着互联网的发展,业务流量越来越大并且业务逻辑也跟着越来越复杂,单台服务器的性能及单点故障问题就凸显出来了,因此需要多台服务器进行性能的水平扩展及避免单点故障出现。那么如何将不同用户的请求流量分发到不同的服务器上呢?

在这里插入图片描述

2、负载均衡的原理及处理流程

系统的扩展可以分为纵向扩展和横向扩展。

纵向扩展是从单机的角度出发,通过增加系统的硬件处理能力来提升服务器的处理能力

横向扩展是通过添加机器来满足大型网站服务的处理能力。

在这里插入图片描述

这里面涉及到两个重要的角色分别是"应用集群"和"负载均衡器"。

应用集群:将同一应用部署到多台机器上,组成处理集群,接收负载均衡设备分发的请求,进行处理并返回响应的数据。

负载均衡器:将用户访问的请求根据对应的负载均衡算法,分发到集群中的一台服务器进行处理。

2.1 负载均衡的作用

1、解决服务器的高并发压力,提高应用程序的处理性能。

2、提供故障转移,实现高可用。

3、通过添加或减少服务器数量,增强网站的可扩展性。

4、在负载均衡器上进行过滤,可以提高系统的安全性。

3、负载均衡常用的处理方式

方式一:用户手动选择

这种方式比较原始,只要实现的方式就是在网站主页上面提供不同线路、不同服务器链接方式,让用户来选择自己访问的具体服务器,来实现负载均衡。

在这里插入图片描述

方式二:DNS轮询方式

DNS

域名系统(服务)协议(DNS)是一种分布式网络目录服务,主要用于域名与 IP 地址的相互转换。

大多域名注册商都支持对同一个主机名添加多条A记录,这就是DNS轮询,DNS服务器将解析请求按照A记录的顺序,随机分配到不同的IP上,这样就能完成简单的负载均衡。DNS轮询的成本非常低,在一些不重要的服务器,被经常使用。

在这里插入图片描述

如下是我们为某一个域名添加的IP地址,用2台服务器来做负载均衡。

验证:

ping www.nginx521.cn

清空本地的dns缓存

ipconfig/flushdns

我们发现使用DNS来实现轮询,不需要投入过多的成本,虽然DNS轮询成本低廉,但是DNS负载均衡存在明显的缺点。

1.可靠性低

假设一个域名DNS轮询多台服务器,如果其中的一台服务器发生故障,那么所有的访问该服务器的请求将不会有所回应,即使你将该服务器的IP从DNS中去掉,但是由于各大宽带接入商将众多的DNS存放在缓存中,以节省访问时间,导致DNS不会实时更新。所以DNS轮流上一定程度上解决了负载均衡问题,但是却存在可靠性不高的缺点。

2.负载均衡不均衡

DNS负载均衡采用的是简单的轮询负载算法,不能区分服务器的差异,不能反映服务器的当前运行状态,不能做到为性能好的服务器多分配请求,另外本地计算机也会缓存已经解析的域名到IP地址的映射,这也会导致使用该DNS服务器的用户在一定时间内访问的是同一台Web服务器,从而引发Web服务器减的负载不均衡。

负载不均衡则会导致某几台服务器负荷很低,而另外几台服务器负荷确很高,处理请求的速度慢,配置高的服务器分配到的请求少,而配置低的服务器分配到的请求多。

方式三:四/七层负载均衡

介绍四/七层负载均衡之前,我们先了解一个概念,OSI(open system interconnection),叫开放式系统互联模型,这个是由国际标准化组织ISO指定的一个不基于具体机型、操作系统或公司的网络体系结构。该模型将网络通信的工作分为七层。

在这里插入图片描述

应用层:为应用程序提供网络服务。

表示层:对数据进行格式化、编码、加密、压缩等操作。

会话层:建立、维护、管理会话连接。

传输层:建立、维护、管理端到端的连接,常见的有TCP/UDP。

网络层:IP寻址和路由选择

数据链路层:控制网络层与物理层之间的通信。

物理层:比特流传输。

所谓四层负载均衡指的是OSI七层模型中的传输层,主要是基于IP+PORT的负载均衡

实现四层负载均衡的方式:
硬件:F5 BIG-IP、Radware等
软件:LVS、Nginx、Hayproxy等

所谓的七层负载均衡指的是在应用层,主要是基于虚拟的URL或主机IP的负载均衡

实现七层负载均衡的方式:
软件:Nginx、Hayproxy等

四层和七层负载均衡的区别

四层负载均衡数据包是在底层就进行了分发,而七层负载均衡数据包则在最顶端进行分发,所以四层负载均衡的效率比七层负载均衡的要高。
四层负载均衡不识别域名,而七层负载均衡识别域名。

处理四层和七层负载以为其实还有二层、三层负载均衡,二层是在数据链路层基于mac地址来实现负载均衡,三层是在网络层一般采用虚拟IP地址的方式实现负载均衡。

实际环境采用的模式

四层负载(LVS)+七层负载(Nginx)

4、Nginx七层负载均衡

Nginx要实现七层负载均衡需要用到proxy_pass代理模块配置。Nginx默认安装支持这个模块,我们不需要再做任何处理。Nginx的负载均衡是在Nginx的反向代理基础上把用户的请求根据指定的算法分发到一组【upstream虚拟服务池】。

4.1 Nginx七层负载均衡的指令

4.1.1 upstream指令

该指令是用来定义一组服务器,它们可以是监听不同端口的服务器,并且也可以是同时监听TCP和Unix socket的服务器。服务器可以指定不同的权重,默认为1。

语法 upstream name {…}
默认值
位置 http
4.1.2 server指令

该指令用来指定后端服务器的名称和一些参数,可以使用域名、IP、端口或者unix socket

语法 server name [paramerters]
默认值
位置 upstream

4.2 Nginx七层负载均衡的实现流程

在这里插入图片描述

服务端设置

server {
    listen   9001;
    server_name localhost;
    default_type text/html;
    location /{
    	return 200 '<h1>192.168.200.146:9001</h1>';
    }
}
server {
    listen   9002;
    server_name localhost;
    default_type text/html;
    location /{
    	return 200 '<h1>192.168.200.146:9002</h1>';
    }
}
server {
    listen   9003;
    server_name localhost;
    default_type text/html;
    location /{
    	return 200 '<h1>192.168.200.146:9003</h1>';
    }
}

负载均衡器设置

upstream backend{
	server 192.168.200.146:9091;
	server 192.168.200.146:9092;
	server 192.168.200.146:9093;
}
server {
	listen 8083;
	server_name localhost;
	location /{
		proxy_pass http://backend;
	}
}

4.3 负载均衡状态

代理服务器在负责均衡调度中的状态有以下几个:

状态 概述
down 当前的server暂时不参与负载均衡
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 限制最大的接收连接数

4.3.1 down

down:将该服务器标记为永久不可用,那么该代理服务器将不参与负载均衡。

upstream backend{
	server 192.168.200.146:9001 down;
	server 192.168.200.146:9002
	server 192.168.200.146:9003;
}
server {
	listen 8083;
	server_name localhost;
	location /{
		proxy_pass http://backend;
	}
}

该状态一般会对需要停机维护的服务器进行设置。

4.3.2 backup

backup:将该服务器标记为备份服务器,当主服务器不可用时,将用来传递请求。

upstream backend{
	server 192.168.200.146:9001 down;
	server 192.168.200.146:9002 backup;
	server 192.168.200.146:9003;
}
server {
	listen 8083;
	server_name localhost;
	location /{
		proxy_pass http://backend;
	}
}

此时需要将9094端口的访问禁止掉来模拟下唯一能对外提供访问的服务宕机以后,backup的备份服务器就要开始对外提供服务,此时为了测试验证,我们需要使用防火墙来进行拦截。

介绍一个工具firewall-cmd

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