【Linux运维架构】第十四篇 LNMP企业架构之七层负载均衡

一、Nginx负载均衡概述

1.负载均衡概述

当我们的Web服务器直接面向用户，往往要承载大量并发请求，单台服务器难以负荷，我使用多台Web服务器组成集群，前端使用Nginx负载均衡，将请求分散的打到我们的后端服务器集群中，实现负载的分发。那么会大大提升系统的吞吐率、请求性能、高容灾

往往我们接触的最多的是SLB(Server Load Balance)负载均衡，实现最多的也是SLB、那么SLB它的调度节点和服务节点通常是在一个地域里面。那么它在这个小的逻辑地域里面决定了他对部分服务的实时性、响应性是非常好的。

所以说当海量用户请求过来以后，它同样是请求调度节点，调度节点将用户的请求转发给后端对应的服务节点，服务节点处理完请求后在转发给调度节点，调度节点最后响应给用户节点。这样也能实现一个均衡的作用，那么Nginx则是一个典型的SLB

2.公有云例子

SLB —–阿里云负载均衡
LB ——青云负载均衡
CLB —– 腾讯云负载均衡
ULB —– ucloud负载均衡

3.常见的负载均衡软件

Nginx #在1.9版本之前只能做七层，1.9版本之后既能做七层，也能做四层负载均衡
Haproxy #既能做四层，也能做七层负载均衡
LVS #只能做四层负载均衡
#LVS是最快的负载均衡软件，其他两个软件需要将请求发送到服务再转发到后端，LVS不用到服务，它相当于将服务器变成了负载均衡，直接转发请求

4.负载均衡类型

#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协议的包转发就可以实现负载均衡，那么它的好处是性能非常快、只需要底层进行应用处理，而不需要进行一些复杂的逻辑。

#七层负载均衡
七层负载均衡它是在应用层，那么它可以完成很多应用方面的协议请求，比如我们说的http应用的负载均衡，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，所以在应用层的服务里面，我们可以做的内容就更多，那么Nginx则是一个典型的七层负载均衡SLB

#四层负载与七层负载区别
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则是在最顶层进行分发、由此可以看出，七层负载均衡效率没有四负载均衡高。
但七层负载均衡更贴近于服务，如:http协议就是七层协议，我们可以用Nginx可以作会话保持，URL路径规则匹配、head头改写等等，这些是四层负载均衡无法实现的。
注意：四层负载均衡不识别域名，七层负载均衡识别域名

二、七层负载均衡实践

Nginx要实现负载均衡需要用到proxy_pass代理模块配置.

Nginx负载均衡与Nginx代理不同地方在于，Nginx的一个location仅能代理一台服务器，而Nginx负载均衡则是将客户端请求代理转发至一组upstream虚拟服务池.

1.负载均衡conf配置文件

upstream相当于一个组，组里面配置的是需要负载均衡的服务器。
location层里面proxy_pass参数web是调用上面的组。
也就是当请求过来访问负载均衡的时候，调用组里面的服务器分发请求。

[root@lb01 conf.d]# vim www.lixian.com.conf 
upstream web{
    server 172.16.1.7:80;
    server 172.16.1.8:80;
}
server {
    listen 80;
    server_name www.lixian.com;

    location / {
        proxy_pass http://web;
        proxy_set_header Host $http_host;
    }
}

2.配置proxy优化文件

proxy模块除了上面的两个参数是必须的，我们在企业中还经常配置以下参数来进行优化，可以写成一个配置文件进行include调用。
只要在location层配置include /etc/nginx/proxy_params;就可以了。

[root@Nginx ~]# vim /etc/nginx/proxy_params
proxy_set_header Host $http_host;
proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
 
proxy_connect_timeout 30;
proxy_send_timeout 60;
proxy_read_timeout 60;
 
proxy_buffering on;
proxy_buffer_size 32k;
proxy_buffers 4 128k;

3.负载均衡常见问题

如果后台服务连接超时，Nginx是本身是有机制的，如果出现一个节点down掉的时候，Nginx会更据你具体负载均衡的设置，将请求转移到其他的节点上，但是，如果后台服务连接没有down掉，但是返回错误异常码了如:504、502、500,这个时候你需要加一个负载均衡的设置，如下：proxy_next_upstream http_500 | http_502 | http_503 | http_504 |http_404;意思是，当其中一台返回错误码404,500…等错误时，可以分配到下一台服务器程序继续处理，提高平台访问成功率。

    location / {
        proxy_pass http://web;
        proxy_next_upstream error timeout http_500 http_502 http_503 http_504;
    }

上面这个 proxy_next_upstream error timeout http_500 http_502 http_503 http_504;参数指的是如果有一个web服务器挂了之后返回5XX参数，下次负载均衡就不会请求这个web服务器了，直接请求下一个web服务器。

三、nginx 调度算法

1.轮询配置方法

就是正常默认的分发请求，一比一请求。

upstream node {
    server 172.16.1.7:80;
    server 172.16.1.8:80;
}

2.加权轮询配置方法

访问根据配置的权重比例进行分配，根据配置的比例进行分发请求。一般在企业中，CPU多的请求会给多一点。

upstream node {
    server 172.16.1.7:80 weight=5;
    server 172.16.1.8:80 weight=1;
}

3.ip_hash的配置方法

根据访问的来源IP分配至同一台服务器。如果一个浏览器被负载均衡分发请求到第一个web服务器，那么再次请求还会到第一个web服务器，ip_hash已经记住了你的IP地址。经常使用这种方式进行会话保持。

upstream node {
    server 172.16.1.7:80;
    server 172.16.1.8:80;
    ip_hash;
}

四、nginx负载均衡状态

1.down状态配置测试

不参与负载均衡任何调度，一般企业中停机维护或者上线的时候使用。

upstream node {
    server 172.16.1.7:80 down;
    server 172.16.1.8:80;
}

2.backup状态配置测试

相当于第二个服务器是个备胎，当第一个web服务器挂了，下面的备胎就启动代替第一个web服务器。一台服务器挂了，只能启动一个backup。（一个一个排队等候启动）

upstream node {
    server 172.16.1.7:80;
    server 172.16.1.8:80;
    server 172.16.1.9:80;
    server 172.16.1.10:80 backup;
    server 172.16.1.11:80 backup;
}

3.访问错误状态

upstream node {
    server 172.16.1.7:80;
    server 172.16.1.8:80 max_fails=3 fail_timeout 10s;
}

4.max_conns限制最大连接数状态配置

upstream node {
    server 172.16.1.7:80;
    server 172.16.1.8:80 max_conns=120;
}

五、nginx健康检查模块（扩展）

1.下载编译nginx源码包

[root@lb01 ~]# yum install -y gcc glibc gcc-c++ pcre-devel openssl-devel patch
[root@lb01 ~]# wget http://nginx.org/download/nginx-1.14.2.tar.gz
[root@lb01 ~]# wget https://github.com/yaoweibin/nginx_upstream_check_module/archive/master.zip
[root@lb01 ~]# tar xf nginx-1.14.2.tar.gz
[root@lb01 ~]# unzip master.zip

2.编译安装nginx模块

[root@lb01 ~]# cd nginx-1.14.2/
[root@lb01 nginx-1.14.2]# patch -p1 <../nginx_upstream_check_module-master/check_1.14.0+.patch
./configure --prefix=/data/nginx --sbin-path=/usr/sbin/nginx --modules-path=/usr/lib64/nginx/modules --conf-path=/data/nginx/nginx.conf --error-log-path=/data/log/nginx/error.log --http-log-path=/data/log/nginx/access.log --pid-path=/var/run/nginx.pid --lock-path=/var/run/nginx.lock --http-client-body-temp-path=/var/cache/nginx/client_temp --http-proxy-temp-path=/var/cache/nginx/proxy_temp --http-fastcgi-temp-path=/var/cache/nginx/fastcgi_temp --http-uwsgi-temp-path=/var/cache/nginx/uwsgi_temp --http-scgi-temp-path=/var/cache/nginx/scgi_temp --user=nginx --group=nginx --with-compat --with-file-aio --with-threads --with-http_addition_module --with-http_auth_request_module --with-http_dav_module --with-http_flv_module --with-http_gunzip_module --with-http_gzip_static_module --with-http_mp4_module --with-http_random_index_module --with-http_realip_module --with-http_secure_link_module --with-http_slice_module --with-http_ssl_module --with-http_stub_status_module --with-http_sub_module --with-http_v2_module --with-mail --with-mail_ssl_module --with-stream --with-stream_realip_module --with-stream_ssl_module --with-stream_ssl_preread_module --add-module=/root/nginx_upstream_check_module-master --with-cc-opt='-O2 -g -pipe -Wall -Wp,-D_FORTIFY_SOURCE=2 -fexceptions -fstack-protector-strong --param=ssp-buffer-size=4 -grecord-gcc-switches -m64 -mtune=generic -fPIC' --with-ld-opt='-Wl,-z,relro -Wl,-z,now -pie'

[root@lb01 nginx-1.14.2]# make && make install

3.编写conf配置文件

[root@lb01 nginx-1.14.2]# vim /etc/nginx/conf.d/proxy.conf 
upstream web {
    server 10.0.0.7;
    server 10.0.0.8;
    check interval=3000 rise=1 fall=2 timeout=1000;
}
server {
    listen 80;
    server_name proxy.linux.com;

    location / {
        proxy_pass http://web;
        proxy_set_header host $http_host;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        proxy_http_version 1.1;
    }
    location /upstream_check {
        check_status;
    }
}

4.效果图