负载均衡

Nginx 的负载均衡

Nginx 是一个非常高效的反向代理服务器，支持多种负载均衡策略，能够将请求分发到多个后端服务器（服务器集群），提高服务的可用性、处理能力和扩展性。负载均衡使得系统可以横向扩展，通过增加后端服务器的数量来应对更大的并发量。

Nginx 的负载均衡分发请求到多个后端服务器，常用于 Web 服务器集群、API 服务集群等场景。

Nginx 支持的负载均衡策略

Nginx 提供了多种负载均衡策略，适用于不同的应用场景：

轮询（Round Robin）

• 默认策略，按照顺序依次将请求分发给后端服务器。
• 简单易用，适用于大多数场景。

upstream backend {
    server 192.168.0.101:8080;
    server 192.168.0.102:8080;
}

权重轮询（Weighted Round Robin）

• 允许为后端服务器设置不同的权重，权重越高，服务器接收到的请求越多。
• 适合后端服务器性能不一致的场景。

upstream backend {
    server 192.168.0.101:8080 weight=3;  # 权重为3
    server 192.168.0.102:8080 weight=1;  # 权重为1
}

最少连接数（Least Connections）

• 将请求分发给当前活动连接数最少的后端服务器。
• 适合服务器处理时间不一致或负载波动较大的情况。

upstream backend {
    least_conn;  # 启用最少连接数策略
    server 192.168.0.101:8080;
    server 192.168.0.102:8080;
}

IP 哈希（IP Hash）

• 将相同 IP 地址的客户端请求分配到同一个后端服务器，适合需要保持会话一致性的场景（如登录状态、购物车等）。

upstream backend {
    ip_hash;  # 启用 IP 哈希
    server 192.168.0.101:8080;
    server 192.168.0.102:8080;
}

公平负载均衡（Fair Load Balancing）（需要第三方模块）

• 根据后端服务器的响应时间，将请求分发给响应速度最快的服务器。
• Nginx 开源版不支持该功能，但可以通过第三方模块实现。

如何实现服务器集群和负载均衡

实现服务器集群和负载均衡的步骤如下：

定义后端服务器集群

在 Nginx 配置文件中，使用 upstream 指令定义后端服务器集群。每个服务器都指定 IP 地址或域名，Nginx 将根据设置的负载均衡策略分发请求。

http {
    upstream backend_servers {
        server 192.168.0.101:8080;
        server 192.168.0.102:8080;
        server 192.168.0.103:8080;
    }

    server {
        listen 80;
        server_name example.com;

        location / {
            proxy_pass http://backend_servers;  # 将请求转发到后端服务器集群
            proxy_set_header Host $host;
            proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
            proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
            proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;
        }
    }
}

• upstream backend_servers：定义一个名为 backend_servers 的服务器集群，包含三个后端服务器。
• proxy_pass http://backend_servers;：将所有请求转发到服务器集群，实现负载均衡。

测试配置并重启 Nginx

1. 检查 Nginx 配置是否正确：

   sudo nginx -t

2. 重启 Nginx 使配置生效：

   sudo systemctl restart nginx

健康检查和服务器故障处理

负载均衡中的一个重要方面是健康检查。Nginx 需要定期检查后端服务器是否健康（可用），如果某个服务器出现故障，Nginx 会自动跳过该服务器，将流量分发给其他可用服务器。

基础的被动健康检查

Nginx 开源版支持被动健康检查，即当 Nginx 检测到某个后端服务器返回 502、503、504 错误时，会自动将其标记为不可用，并停止将请求转发给该服务器。你可以通过 max_fails 和 fail_timeout 参数来配置这一机制。

upstream backend_servers {
    server 192.168.0.101:8080 max_fails=3 fail_timeout=30s;
    server 192.168.0.102:8080;
}

• max_fails=3：如果服务器连续失败 3 次，标记为不可用。
• fail_timeout=30s：服务器在 30 秒内如果失败超过 max_fails 次，将被移除，30 秒后重新尝试连接。

主动健康检查（Nginx Plus）

Nginx 开源版不提供主动健康检查功能，Nginx Plus 支持主动健康检查功能，即定期向后端服务器发送健康检查请求（如 HTTP 请求），确认服务器的状态。如果某个服务器健康检查失败，Nginx Plus 会自动将其移除出负载均衡池，直到服务器恢复正常。

主动健康检查配置（Nginx Plus 示例）

upstream backend_servers {
    server 192.168.0.101:8080;
    server 192.168.0.102:8080;

    # 主动健康检查配置
    health_check interval=5s fails=2 passes=2;
}

• interval=5s：每 5 秒进行一次健康检查。
• fails=2：如果服务器连续失败 2 次，标记为不可用。
• passes=2：如果服务器连续成功 2 次，标记为可用。

自定义错误页面和故障处理

为了提升用户体验，当某个服务器发生故障时，可以配置自定义的错误页面，或将用户重定向到备用的服务器。

server {
    listen 80;
    server_name example.com;

    location / {
        proxy_pass http://backend_servers;
        error_page 502 503 504 /custom_50x.html;  # 自定义错误页面
    }

    location = /custom_50x.html {
        root /usr/share/nginx/html;
    }
}

• error_page 502 503 504：当后端服务器返回 502、503 或 504 错误时，使用 /custom_50x.html 页面。

总结

• 负载均衡策略：Nginx 支持多种负载均衡策略，包括轮询、权重轮询、最少连接数、IP 哈希等，满足不同应用场景的需求。
• 服务器集群：通过 upstream 指令定义后端服务器集群，并结合 proxy_pass 实现负载均衡。
• 健康检查：Nginx 开源版支持被动健康检查，Nginx Plus 支持主动健康检查，可以自动检测后端服务器的健康状态并移除不可用的服务器，保障系统的稳定性。
• 故障处理：通过自定义错误页面和备用服务器配置，提升系统的容错性和用户体验。