Nginx负载均衡

一、概述

1.1 基本定义

负载均衡通过引入调度机制，将单个服务器的负载分散到多台服务器节点，确保每台后端服务器的性能充分发挥，避免单点过载，最终实现集群整体性能最优。对于Web应用而言，它能有效解决高并发场景下的服务瓶颈，同时提升系统的容灾能力。

1.2 负载均衡核心优势

高并发支持：可轻松处理数万并发连接，性能损耗极低。
资源消耗少：内存占用小，运行效率高，部署成本低廉。
配置灵活：通过简单的配置文件即可实现多种负载策略，支持Rewrite重写规则。
内置健康检查：自动识别故障服务器并临时剔除，故障恢复后自动重新纳入集群。
稳定性强：运行可靠，能有效保障服务持续可用，减少downtime。

二、核心机制与策略

Nginx的负载均衡策略分为内置策略和扩展策略两类，内置策略无需额外安装，扩展策略需依赖第三方模块。

2.1 内置核心策略

轮询（默认）：按请求顺序均匀分配到每台后端服务器，配置最简单，适用于各服务器性能一致的场景。
加权轮询（weight）：为后端服务器分配权重值，权重越高被分配到请求的概率越大，适用于服务器性能差异较大的场景。
最少连接（least_conn）：将请求分配给当前连接数最少的服务器，适用于请求处理时间差异较大的场景，可避免部分服务器过载。
IP哈希（ip_hash）：基于客户端IP地址计算哈希值，绑定处理请求的服务器。同一客户端的所有请求始终定向到同一台服务器，适用于需要会话保持的场景（如用户登录状态维持）。

2.2 扩展策略

fair：基于后端服务器的响应时间分配请求，响应时间越短优先级越高，适用于后端服务器性能不均的场景。
url_hash：基于访问URL的哈希结果分配请求，同一URL始终定向到同一台服务器，适用于后端为缓存服务器的场景（如静态资源缓存）。

2.3 健康检查关键参数

Nginx通过以下参数实现后端服务器健康检测，确保请求仅分发到正常节点：

max_fails：允许请求失败的最大次数，默认值为1。
fail_timeout：失败次数达到max_fails后，服务器被标记为故障的时长，超时后会重新探测服务器状态。
max_conns：限制单个后端服务器的最大并发连接数，避免过载。
backup：标记为备份服务器，仅当所有主服务器故障时才生效。
down：标记服务器临时下线，不参与负载均衡。

2.4 常用内置变量

Nginx提供负载均衡相关内置变量，用于日志记录和状态监控：

$upstream_addr：记录处理请求的后端服务器IP和端口。
$upstream_response_time：记录后端服务器的响应时间（毫秒）。
$upstream_status：记录后端服务器的响应状态码。(upstream_http_xxx：记录后端服务器的响应头字段（如)upstream_http_server）。

三、实战配置

以下实战配置基于CentOS系统，预设4台服务器节点，其中1台作为Nginx负载均衡器，3台作为后端应用服务器（RS）。

3.1 环境预设

主机名	IP 地址	角色
nginx01	172.24.10.21	Nginx负载均衡器
nginx02	172.24.10.22	后端应用服务器（RS01）
nginx03	172.24.10.23	后端应用服务器（RS02）
nginx04	172.24.10.24	后端应用服务器（RS03）

所有节点需安装Nginx，后端服务器需配置测试页面（如显示各自IP地址），确保独立访问正常。

3.2 轮询

适用于各后端服务器性能一致的场景，配置如下：

# 编辑Nginx配置文件
vi /etc/nginx/conf.d/balance.conf

# 配置 upstream 模块
upstream mybalance01 {
    server 172.24.10.22:9090;
    server 172.24.10.23:9090;
    server 172.24.10.24:9090;
}

# 配置虚拟主机
server {
    listen  80;
    server_name  balance.linuxds.com;
    access_log  /var/log/nginx/mybalance.access.log  main;
    error_log   /var/log/nginx/mybalance.error.log  warn;

    location / {
        proxy_pass http://mybalance01;
        index index.html;
        proxy_redirect off;
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
    }
}

# 检查配置并重载
nginx -t -c /etc/nginx/nginx.conf
nginx -s reload

测试：浏览器访问http://balance.linuxds.com，刷新多次可看到请求按顺序分配到3台后端服务器。

3.3 加权轮询

适用于后端服务器性能差异较大的场景，配置如下：

upstream mybalance01 {
    server 172.24.10.22:9090 weight=1 max_fails=1 fail_timeout=2;
    server 172.24.10.23:9090 weight=8 max_fails=2 fail_timeout=2;
    server 172.24.10.24:9090 backup; # 备份服务器
}

# 其余配置同默认轮询，检查并重载Nginx

测试：访问后可发现权重为8的服务器被分配到请求的概率显著更高，备份服务器仅在主服务器故障时生效。

3.4 最少连接

适用于请求处理时间差异较大的场景，配置如下：

upstream mybalance01 {
    least_conn; # 启用最少连接策略
    server 172.24.10.22:9090;
    server 172.24.10.23:9090;
    server 172.24.10.24:9090;
}

# 其余配置同默认轮询，检查并重载Nginx

测试：Nginx会自动将新请求分配给当前连接数最少的服务器，避免部分节点过载。

3.5 IP哈希

适用于需要会话保持的场景（如用户登录），配置如下：

upstream mybalance01 {
    ip_hash; # 启用IP哈希策略
    server 172.24.10.22:9090;
    server 172.24.10.23:9090;
    server 172.24.10.24:9090;
}

# 其余配置同默认轮询，检查并重载Nginx

测试：同一客户端多次访问会始终定向到同一台服务器，确保会话状态不丢失。

3.6 fair

需安装第三方模块，配置如下：

upstream mybalance01 {
    fair; # 启用fair策略
    server 172.24.10.22:9090;
    server 172.24.10.23:9090;
    server 172.24.10.24:9090;
}

# 其余配置同默认轮询，检查并重载Nginx

测试：响应速度更快的服务器会被优先分配请求，优化用户体验。

3.7 url_hash

适用于后端为缓存服务器的场景，配置如下：

upstream mybalance01 {
    hash $request_uri; # 基于URL哈希
    hash_method crc32; # 哈希算法
    server 172.24.10.22:9090;
    server 172.24.10.23:9090;
    server 172.24.10.24:9090;
}

# 其余配置同默认轮询，检查并重载Nginx

测试：同一URL的请求始终定向到同一台服务器，提升缓存命中率。

四、注意事项与优化建议

会话保持：默认轮询和加权轮询会导致会话丢失，需通过ip_hash或后端共享存储（如Redis）解决。
健康检查：合理配置max_fails和fail_timeout参数，避免误判正常服务器为故障节点。
性能优化：根据后端服务器性能调整权重、连接数限制等参数，避免资源浪费。
扩展性：负载均衡器可部署多台（如结合Keepalived实现高可用），避免负载均衡器成为单点瓶颈。
监控：利用Nginx内置变量和日志，结合监控工具（如Prometheus）实时监控后端服务器状态和响应情况。

Nginx负载均衡凭借灵活的配置和优异的性能，能满足不同场景下的分布式部署需求。选择合适的负载策略并结合实际业务优化配置，可大幅提升系统的稳定性和用户体验。

posted @ 2025-11-18 23:25 夏尔_717 阅读(19) 评论(0) 收藏举报

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