Nginx的負載均衡策略及常用故障節點的摘除

下文給大家帶來Nginx的負載均衡策略及常用故障節點的摘除，希望能夠給大家在實際運用中帶來一定的幫助，負載均衡涉及的東西比較多，理論也不多，網上有很多書籍，今天我們就用億速云在行業內累計的經驗來做一個解答。

摘要：本文介紹了Nginx的負載均衡策略，一致性hash分配原理，及常用的故障節點的摘除與恢復配置。

前篇Nginx專題（1）：Nginx之反向代理及配置詳細介紹了Nginx功能之一——反向代理。本篇文章將重點介紹Nginx功能之二——負載均衡。

為了增加對負載均衡的好感，我們先了解負載均衡能實現什么。

• 將多個云服務器節點綁定在一起提供統一的服務入口。
• 故障轉移，在意外發生的時候，可以增加一層保險，減少損失。
• 降低上線運維復雜度，實現平滑上線。運維和開發同學都喜歡。

下面正式進入主題。

一、Nginx的負載均衡策略

負載均衡就是將請求“均衡”地分配到多臺業務節點服務器上。這里的“均衡”是依據實際場景和業務需要而定的。

對于Nginx來說，請求到達Nginx，Nginx作為反向代理服務器，有絕對的決策權，可以按照規則將請求分配給它知道的節點中的一個，通過這種分配，使得所有節點需要處理的請求量處于相對平均的狀態，從而實現負載均衡。

Nginx支持的負載均衡策略很多，比較重點的如下：

• round robin(輪詢)
• random(隨機)
• weight(權重)
• fair(按響應時長，三方插件)
• url_hash(url的hash值)
• ip_hash(ip的hash值)
• least_conn(最少連接數)

這么多的策略，非常不利于記憶和選擇，我們不妨將這些常見的策略歸類，分而化之，方便挑選。

第一類 最佳實現

• weight(權重)
• random(隨機)

最佳實踐，其實就是最常見、最普通的默認配置，當然也是在一定程度上最好用的配置。不知道用什么方式的時候，就可以選擇用這一類型。

輪詢不用多說。這里的隨機，其實在大量請求的情況下，按照概率的理論等同于輪詢的方式。

輪詢配置參考：

#默認配置就是輪詢策略
upstream server_group {
   server backend1.example.com;
   server backend2.example.com;
}

隨機配置參考：

upstream server_group { 
   random; 
   server backend1.example.com; 
   server backend2.example.com; 
   server backend3.example.com; 
   server backend4.example.com;
}

第二類 性能優先

• weight(權重)
• fair(按響應時長，三方插件)
• least_conn(最少連接數)

讓業務節點中性能更強的機器得到更多請求，這也是一個比較好的分配策略。

什么是性能更好的機器？這個問題也有很多的維度去考量。

• 從經驗或硬件上分為高權重、低權重的機器。
• 按照節點請求的響應時長來決定是多分配請求，還是少分配請求。
• 按照保持的連接數。一般來說保持的連接數越多說明處理的任務越多，也是最繁忙的，可以將請求分配給其他機器處理。

權重的配置參考：

upstream server_group {
    server backend1.example.com weight=5;
    #默認為不配置權重為1
    server backend2.example.com;
}

響應的時長(fair)配置參考：需要在Nginx編譯時加入nginx-upstream-fair模塊。

upstream server_group{
   fair;
   server backend1.example.com; 
   server backend2.example.com; 
   server backend3.example.com; 
   server backend4.example.com;
}

最少連接數(least_conn)配置參考：

upstream server_group {
    least_conn;
    server backend1.example.com;
    server backend2.example.com;
}

第三類 保持穩定

• ip_hash
• url_hash

很多請求都是有狀態的，上一次請求到哪個業務節點，這次還要請求到哪臺機器。比如常見的session就是這樣一種有狀態的業務。

這里Nginx提供了按照客戶端ip的hash來作為用戶的標示分配、url的hash作為分配標示的規則。本質上還是要找到用戶的請求中不變的要素，抽離出來，這樣就可以進行分配了。

ip_hash配置參考：

upstream server_group {
    ip_hash;
    server backend1.example.com;
    server backend2.example.com;
}

url_hash配置參考：

upstream server_group{
   hash $request_uri consistent;
   server backend1.example.com; 
   server backend2.example.com; 
   server backend3.example.com; 
   server backend4.example.com;
}

二、Nginx支持一致性哈希進行分配

Nginx支持一致性hash進行分配，也就是配置中consistent。

什么是一致性hash？為什么要引入這個機制？在生產環境下，業務節點經常會出現增加或減少的情況，就算這種增加或減少都是被動的，也可能會對hash分配產生影響。如何能夠做到盡量減少影響呢？這時一致性hash被發明出來。

一致性hash解決兩個問題：

• 分配特別不均勻；
• 節點變動除了對分配到這個節點上的請求有影響，還會導致其他節點上的請求重新分配。

1）如何解決分配不均的問題

將原來的每一個節點復制出N個虛擬節點，并且給這些虛擬節點都起個名字。

比如原來有5個節點，分配的時候經常會不均勻，現在每個節點都虛擬出N個節點，就是5*N個節點，會極大降低分配不均勻的情況。下面就要說說如何分配的問題了。

2）如何解決節點變動的問題

一致性哈希的基本思想：

• 定義一個[0,(2^32)-1]的數值空間。相當于取長度從 0到2^32-1 的線段。
• 節點映射到線段上。將每個節點，包括虛擬節點，都通過hash算法得到數值，然后映射到這個取值區間上。

如下圖。

• 計算數據的Hash值。把請求中的關鍵字符串通過hash算法得到一個數值，在線段中找到一個位置，如果算出來的數值大于2^32-1則認為是0。按照這個規則，其實是把這個線段首尾相連形成一個環，所以也叫hash環。
• 數據節點在線段上找歸屬的節點。沿著這個線段向右找到離得最近的節點，并把該節點作為這個數據的歸屬節點。

下面再來看節點的變化對一致性Hash的影響。

• 節點減少：比如NodeA突然故障了，原來分配到其他節點上的數據不會發生變化，只有分配到NodeA上的數據會重新找離它們最近的點，從而減少了hash重新分配的數量。這也是一致性hash最大的優勢。
• 節點增加：比如現在請求量抖增，需要增加節點降低負載。當新加入節點NodeE時，NodeE及它的一群虛擬節點會根據hash值分配在hash環上。這時，大部分數據再根據一致性哈希規則找其歸屬的Node節點都不會發生變化，只有那些值計算出來發現離NodeE更近的數據發生了變化，但數量畢竟是有限的，減少了因為節點增加造成的影響。

三、故障節點摘除與恢復

先看看經典配置，再詳細解釋。

upstream server_group {
    server backend1.example.com ;
    server backend2.example.com  max_fails=3 fail_timeout=30s;
    server backup1.example.com  backup;
}

max_fails=number

這個參數決定了多少次請求后端失敗后會暫停這個業務節點，不再給它發新的請求，默認值是1。此參數需要配合fail_timeout一起用。

題外話：如何定義失敗，有很多種類型，這里因為主要處理HTTP代理，所以更關注proxy_next_upstream。

proxy_next_upstream：主要定義了當服務節點出現狀況時，會將請求發給其他節點，也就是定義了怎么算作業務節點失敗。

fail_timeout=time

決定了當Nginx認定這個節點不可用時，暫停多久。不配置默認就是10s。

把上面兩個參數聯合起來考慮就是：當Nginx發現發送到這個節點上的請求失敗了3次的時候，就會把這個節點摘除，摘除時間是30s，30s后才會再次發送請求到這個節點上。

backup

類似于switch語句中的default，當主要節點都掛了的時候，會把請求打到這個backup節點。這是最后一個救兵了。

看了以上Nginx的負載均衡策略及常用故障節點的摘除的解答，如果大家還有什么地方需要了解的可以在億速云行業資訊里查找自己感興趣的或者找我們的專業技術工程師解答的，億速云技術工程師在行業內擁有十幾年的經驗了。億速云官網鏈接www.neiyidaogou.com