負載均衡介紹

什么是負載均衡

負載均衡（Load Balance），意思是將負載（工作任務，訪問請求）進行平衡、分攤到多個操作單元（服務器，組件）上進行執行。

為什么需要負載均衡

當單臺web服務器直接面向用戶，可能要承載著大量的并發請求，單臺服務器可能難以負荷，我們需要使用多臺web服務器組成一個集群，利用Nginx負載均衡功能，將請求分發給不同的后端服務器，實現負載的流量分發，提升整體性能、以及系統的容災能力。

• 負載均衡與代理有什么區別

代理是代理一臺服務器基于URI調度，調度到不同功能的應用節點

負載均衡是將客戶端請求通過proxy_pass代理至一組upstream資源池

• 實現負載均衡場景

實現負載均衡功能需要使用兩個模塊：

• proxy_pass：代理模塊
• upstream：虛擬資源池

示例：一個官方的的負載均衡展示

upstream backend {
? ? server backend1.example.com ? ? ? weight=5;
? ? server backend2.example.com:8080;
? ? server unix:/tmp/backend3;

? ? server backup1.example.com:8080 ? backup;
? ? server backup2.example.com:8080 ? backup;
}

server {
? ? location / {
? ? ? ? proxy_pass http://backend;
? ? }
}

示例：自己完成一個小例子

upstream node {
    server 192.168.10.3:80;
    server 192.168.10.4:80;
}
server {
    listen 80;
    server_name www.yyang.com;
    location / {
        proxy_pass http://node;
        include prxoy_params;
    }
}

負載均衡調度算法

輪詢調度

按順序逐一分配到不同的后端節點，也是默認算法。（簡單來說就是1:1:1）

加權輪詢
考慮到不同服務器的性能不同，給予節點不同的權值，使其接收到相應的權值請求數

server 192.168.10.3:80 weight=3;
server 192.168.10.4:80 weight=1;

以上這個例子是說每4個請求會分配給10.3三個，10.4一個，以此循環。

ip_hash

根據用戶請求的IP，對該IP進行hash運算，根據運算的值將請求分配給后端特定的一臺節點進行處理。

取值范圍為ipv4地址的前三個8位或ipv6的整個地址作為哈希鍵，確保來自從一個客戶端的IP始終傳遞給同一臺服務器，除非次服務器不可用。（簡單來說就是172.16.20.1與172.16.20.2取前三個8位都是172.16.20）

ip_hash運算公式：hash（ip）%node_counts=index

ip_hash帶來的問題：
大量同一IP的請求會造成某個節點流量過大
如果臨時下線一臺節點，會重新計算hash值，建議使用down狀態

示例：注意ip_hash與權重不可同時使用

ip_hash;
server 192.168.10.3:80;
server 192.168.10.4:80;

一致性hash

為了避免上述問題，所以誕生了一致性hash，使用取模的方式，但不對服務器節點數量取模，而是對2的32次方取模，hash函數值為0~2^32-1。（形成一個虛擬圓環，用戶請求會發給順時針相鄰的節點）
有一個問題：如果后端節點較少可能會造成數據傾斜，所以一致性hash引入了虛擬節點機制，即對每個服務器計算多個哈希，每個計算結果位置都放置一個虛擬節點。
如果我們想使用ip_hash，但是計算公式使用一致性hash，該怎么做？

hash $remote_addr consistent;
server 192.168.10.3:80;
server 192.168.10.4:80;

url_hash

根據用戶的url進行hash取模，根據運算值，將請求分配給一臺特定的后端服務器。clent——nginx——url_hash——cache1——app

1.用戶請求nginx負載均衡，通過url算法，請求調度至cache1
2.cache1沒有數據，會向后端獲取，返回數據，并將數據緩存
3.當其他用戶訪問相同url時，調度器依然會調度到cache1節點
4.cache1會直接將數據返回

hash $request_uri consistent;
server 192.168.10.3:80;
server 192.168.10.4:80;

least_conn

哪臺服務器的連接數最少，就將請求調度到這臺服務器

least_conn;
server 192.168.10.3:80;
server 192.168.10.4:80;

負載均衡后端節點狀態

down

將服務器節點標記為不可用狀態，一般用于停機維護。

server 192.168.10.3:80 down;
server 192.168.10.4:80;

backup

備用節點，正常情況不會調度到此節點；當正常工作節點全部不可用時，會啟用此節點;當節點恢復時此節點會繼續恢復備用狀態。

server 192.168.10.3:80;
server 192.168.10.4:80;
server 192.168.10.5:80 backup;

max_conns

用來限制每個后端節點接收到的最大的TCP連接數，如果超出限制就會拋出錯誤。

server 192.168.10.3:80 max_conns=10;
server 192.168.10.4:80 max_conns=10;

一臺可以連接10.兩臺是20，超過20就會出錯。

keepalived

與后端服務器激活緩存，也就是長鏈接，提升網站吞吐量。
默認不啟用此功能，當有請求時，會建立連接，維護連接，關閉連接，所以會存在網絡消耗；但是如果所有連接都緩存了，當連接空閑了又會占用其他系統資源，所以可以使用keepalived參數。

server 192.168.10.3:80;
server 192.168.10.4:80;

keepalived 32; ? # 最大空閑連接數的個數
keepalived_timeout 100s; # 空閑連接的超時時間

# 需要配合以下兩個參數使用

proxy_http_version 1.1;
proxy_set_header connection "";

max_fails與fail_timeout

max_fails=2：服務器通信失敗兩次，認為服務器不可用
fail_timeout=5s：服務器通信失敗后，每5秒探測一次服務器是否恢復正常。
在fail_timeout設定時間內，與服務器連接失敗次數達到max_fails數量，則認為服務器不可用。
如果不設置的話默認是探測一次，間隔10s。

server 192.168.10.3:80 max_fails=2 fail_timeout=5s;
server 192.168.10.4:80 max_fails=2 fail_timeout=5s;

這部分就到這，其他內容放在之后。