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沈無奇 · 更新于 2020-03-11

Nginx負載均衡(下)

這一小節(jié)中，我們將實戰(zhàn) Nginx 的四層和七層負載均衡功能。條件有限，使用一臺公網(wǎng)主機，在上面搭建好 Nginx 服務。公網(wǎng) IP 為 180.76.152.113。

首先會進行簡單的四層負載均衡實驗，不會涉及多種負載均衡算法，只使用默認的 Round-Robin算法。在后續(xù)的七層負載均衡實驗中，會重點測試不同的負載均衡策略，完成相關(guān)實驗。

1. Nginx的四層負載均衡實驗

首先在 nginx.conf 中添加如下 stream 指令塊配置:

stream {
    server {
        listen 3000;
        return '3000 server get ip: $remote_addr!\n';
    }

    server {
        listen 3001;
        return '3001 server get ip: $remote_addr!\n';
    }

    upstream servers { 
        server 127.0.0.1:3000 weight=2; 
        server 127.0.0.1:3001; 
    }

    server {
        listen 30;
        proxy_connect_timeout 3s;
        proxy_timeout 3s;
        proxy_pass servers;
    }
    
}

上述配置用端口3000和3001模擬兩個上游服務器，然后在 upstream 指令塊中指定這兩個上游服務器的地址，同時給第一個設置權(quán)重為2。由于默認采用的是加權(quán)的 Round-Robin 算法，默認服務器的權(quán)重為1。設置為2，表明3次請求中，2次會轉(zhuǎn)發(fā)到3000端口，一次會轉(zhuǎn)發(fā)到3001端口，下面的測試也驗證了這一點。

# 第一次請求，轉(zhuǎn)發(fā)到3000
[shen@shen ~]$ telnet 180.76.152.113 30
Trying 180.76.152.113...
Connected to 180.76.152.113.
Escape character is '^]'.
3000 server get ip: 127.0.0.1!
Connection closed by foreign host.

[shen@shen ~]$ telnet 180.76.152.113 30
Trying 180.76.152.113...
Connected to 180.76.152.113.
Escape character is '^]'.
3001 server get ip: 127.0.0.1!
Connection closed by foreign host.

[shen@shen ~]$ telnet 180.76.152.113 30
Trying 180.76.152.113...
Connected to 180.76.152.113.
Escape character is '^]'.
3000 server get ip: 127.0.0.1!
Connection closed by foreign host.

[shen@shen ~]$ telnet 180.76.152.113 30
Trying 180.76.152.113...
Connected to 180.76.152.113.
Escape character is '^]'.
3000 server get ip: 127.0.0.1!
Connection closed by foreign host.

2. Nginx的七層負載均衡實驗

和四層的配置其實差不多，在七層中除了測試最基本的，我們還將測試前面提到的幾種負載均衡策略，進一步熟悉 Nginx 中的負載均衡配置。

2.1 簡單的七層負載均衡

在 nginx.conf 中添加如下的 http 指令塊:

http {
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;

    log_format  main  '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
                      '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
                      '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';

    access_log  logs/access.log  main;

    sendfile        on;

    keepalive_timeout  65;

    gzip  on;

    server {
        listen 8000;
        return 200 '8000, server\n';
    }

    server {
        listen 8001;
        return 200 '8001, server\n';
    }

    server {
        listen 8002;
        return 200 '8002, server\n';
    }  

    upstream backends {
        # ip_hash
        # hash user_$arg_username;
        server 127.0.0.1:8000;
        server 127.0.0.1:8001;
        server 127.0.0.1:8002;
    }  

    server {
       listen  80;

       location / {
          proxy_pass http://backends;
          proxy_http_version 1.1;
          proxy_set_header Connection "";
       }
    }

}

上述配置中，我們用8000，8001和8002三個端口模擬了3個上游服務器，默認使用輪詢負載均衡算法，而且三個的權(quán)重均為1。進行如下的 http 請求操作，可以看到 Nginx 轉(zhuǎn)發(fā) http 請求會均勻地分配到3個服務器上。

[shen@shen ~]$ curl http://180.76.152.113
8000, server
[shen@shen ~]$ curl http://180.76.152.113
8001, server
[shen@shen ~]$ curl http://180.76.152.113
8002, server
[shen@shen ~]$ curl http://180.76.152.113
8000, server

2.2 負載均衡的hash算法

我們打開 ip_hash 指令的注釋，這個時候默認是使用客戶端的 ip 地址作為 hash 的 key，然后重啟 Nginx 服務并進行如下的命令行操作：

# 使用本機的ip地址，無論請求多少出，通過hash轉(zhuǎn)發(fā)到的上游服務器地址都是一致的
[shen@shen ~]$ curl http://180.76.152.113
8002, server
[shen@shen ~]$ curl http://180.76.152.113
8002, server
[shen@shen ~]$ curl http://180.76.152.113
8002, server

# 只有換了ip之后，請求轉(zhuǎn)發(fā)的上游地址才可能有變化
[shen@shen ~]$ curl -H 'X-Forwarded-For: 111.10.1.3' http://180.76.152.113
8000, server
[shen@shen ~]$ curl -H 'X-Forwarded-For: 111.10.2.3' http://180.76.152.113
8001, server

2.3 使用其他key做hash

接下來，注釋 ip_hash 指令，我們打開 hash user_$arg_username 這行配置的注釋， hash 指令可以讓我們根據(jù)我們設置的 key 進行 hash，然后根據(jù) hash 值選擇上游的服務器。具體測試參看下面的 Linux 命令：

[shen@shen ~]$ curl http://180.76.152.113?username=shen
8001, server
[shen@shen ~]$ curl http://180.76.152.113?username=test
8000, server
[shen@shen ~]$ curl http://180.76.152.113?username=test
8000, server
[shen@shen ~]$ curl http://180.76.152.113?username=test
8000, server

這里我們可以看到，在請求中帶上 username 參數(shù)，Nginx 中配置的 hash 算法會根據(jù)請求中帶的 username 參數(shù)作為 key 去進行 hash，然后在根據(jù) hash 結(jié)果映射上游服務器。username 相同時，選擇的上游服務器肯定是一樣的，只有在 username 的值發(fā)生變化時，返回的響應才可能有變化。

3. 小結(jié)

今天我們完成了幾個測試實驗，主要是針對 Nginx 的四層和七層的負載均衡功能進行了測試。這個功能在微服務部署中會有較多的應用。因為高流量企業(yè)為保證服務的高可用性，往往會水平擴展多個相同功能的服務，部署在多臺主機上，這個時候負載均衡技術(shù)就能派上用場了，而 Nginx 提供了完善的負載均衡功能以及多種負載均衡算法，能滿足大部分企業(yè)的需求，如果還不夠，可以通過編寫內(nèi)部開發(fā)模塊并集成到 Nginx，實現(xiàn)相應的需求。所以說 Nginx 是非常值得學習和深入研究的。