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Nginx反向代理与负载均衡：节点服务器单/多虚拟机配置+实验环境搭建+原理解析

2017-11-27 1740
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本文涉及的产品
传统型负载均衡 CLB，每月750个小时 15LCU
网络型负载均衡 NLB，每月750个小时 15LCU
日志服务 SLS，月写入数据量 50GB 1个月
简介：

0.说明


    常见的集群架构及相关软件，可以参考下面的导图：

wKiom1i8K-6hUk3bAAA4KDrPhKQ340.png

    互联网企业常用的是负载均衡集群和高可用性集群，负载均衡集群强调“分担”，通过一定的调度算法 ，可以实现用多个节点服务器来分担用户的访问请求和数据流量；高可用性集群强调“高可用”，即一个节点失效了，它的任务可以立刻转移到另一个备份的节点上（即一般通过设置主备来实现）。显然因为负载均衡集群使用多个节点来分担服务，即使其中一个节点失效了，其它节点也可以继续工作，因此它也具有高可用性。

    下面介绍的是Nginx负载均衡的配置，同时也给出了实验环境。



1.实验环境说明


    本次实验的测试环境使用的宿主机操作系统为Windows 7，在Vmware虚拟机安装CentOS 6.5（3台），说明如下：

主机类型 操作系统 IP地址 作用
宿主机 Windows 7

10.0.0.1/24

（VMnet8的IP地址）

 远程3台虚拟机，进行配置，同时也作为后面测试使用的客户端
虚拟机1: lb01 CentOS 6.5 10.0.0.7/24 负载均衡服务器lb01，将请求分担到Web节点服务器中
虚拟机2: web01 CentOS 6.5 10.0.0.9/24 Web节点服务器web01
虚拟机3: web02 CentOS 6.5 10.0.0.10/24 Web节点服务器web02

    而当使用NAT的方式进行上网时虚拟机、宿主机之间的网络连接关系可如下所示：

wKioL1i8uLvBJKr4AABzByftaZ4557.png

    

    关于为什么网络拓扑结构是这样的，这里不展开说明，可以参考博主的另一篇博文《在实践中深入理解VMware虚拟机的上网模式NAT模式》，这篇文章深入地分析了VMware虚拟机使用NAT模式上网时的网络结构细节，相信看完这篇文章后，这里搭建Nginx的实验环境也就很容易理解了。

    所以首先，应该是自己先配置好网络环境，让宿主机跟我们的虚拟机可以通信，实际上，如果理解了VMware虚拟机上网方式的原理，同时对CentOS的网络配置也很熟悉，这一步是可以很轻松完成的，这里就不给出过程了，这里所用的IP地址跟上面的图示是一样的。

    这里，对于Nginx的负载均衡，希望达到的效果逻辑如下：

wKiom1i8uWmSSgZLAABNqTHI_cs056.png

    当用户访问我们的Web Server时，实际上请求是先到达Nginx负载均衡器，这就是一个反向代理的过程了，然后Nginx负载均衡器再将请求按照一定的调度算法分发给相应的节点服务器。

    在整个实验环境中，我们假定web01和web02提供bbs.xpleaf.org的网站内容服务，Nginx在web01和web02前面作为反向代理服务器与负载均衡服务器，当用户访问bbs.xpleaf.org时，Nginx负载均衡器会把请求分发到web01和web02节点服务器上，由节点服务器返回实际的内容数据。



2.配置与测试实战：节点服务器单虚拟机场景


    这里使用的Nginx的版本为：1.6.3，关于Nginx的安装与基本配置，这里不再做说明，可以参考博主前面关于Nginx的博文，同样也是给出了详细的实验环境，可以去实践一下。

    下面在每台web服务器上，我们只配置了一个虚拟机，即bbs.xpleaf.org。


（1）web01配置与测试


  • web01作为节点服务器，配置它的虚拟机域名为bbs.xpleaf.org

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[root@web01 conf] # cat nginx.conf
worker_processes  1;
events {
     worker_connections  1024;
}
http {
     include       mime.types;
     default_type  application /octet-stream ;
     sendfile        on;
     keepalive_timeout  65;
     log_format  main   '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
                       '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
                       '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"' ;
     server {
         listen       80;
         server_name  bbs.xpleaf.org;
         location / {
             root   html /bbs ;
             index  index.html index.htm;
         }
         access_log  logs /access_bbs .log  main;
     }
}

  • 添加相应的站点目录和内容

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[root@web01 conf] # cd ../html/bbs/
[root@web01 bbs] # echo "bbs.xpleaf.org node1 10.0.0.9">index.html  
[root@web01 bbs] # cat index.html                              
bbs.xpleaf.org node1 10.0.0.9

  • 配置hosts解析

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[root@web01 bbs] # echo "127.0.0.1 bbs.xpleaf.org">>/etc/hosts
[root@web01 bbs] # tail -1 /etc/hosts
127.0.0.1 bbs.xpleaf.org

  • 检查配置文件与启动

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[root@web01 bbs] # /application/nginx/sbin/nginx -t      
nginx: the configuration  file  /application/nginx-1 .6.3 //conf/nginx .conf syntax is ok
nginx: configuration  file  /application/nginx-1 .6.3 //conf/nginx .conf  test  is successful
[root@web01 bbs] # /application/nginx/sbin/nginx -s reload

  • 本机上进行测试

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[root@web01 bbs] # curl bbs.xpleaf.org
bbs.xpleaf.org node1 10.0.0.9


（2）web02配置与测试


  • web02作为节点服务器，配置它的虚拟机域名为bbs.xpleaf.org

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[root@web02 conf] # cat nginx.conf
worker_processes  1;
events {
     worker_connections  1024;
}
http {
     include       mime.types;
     default_type  application /octet-stream ;
     sendfile        on;
     keepalive_timeout  65;
     log_format  main   '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
                       '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
                       '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"' ;
     server {
         listen       80;
         server_name  bbs.xpleaf.org;
         location / {
             root   html /bbs ;
             index  index.html index.htm;
         }
         access_log  logs /access_bbs .log  main;
     }
}

  • 添加相应的站点目录和内容

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[root@web01 conf] # cd ../html/bbs/
[root@web01 bbs] # echo "bbs.xpleaf.org node2 10.0.0.10">index.html  
[root@web01 bbs] # cat index.html                              
bbs.xpleaf.org node2 10.0.0.10

  • 配置hosts解析

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[root@web01 bbs] # echo "127.0.0.1 bbs.xpleaf.org">>/etc/hosts
[root@web01 bbs] # tail -1 /etc/hosts
127.0.0.1 bbs.xpleaf.org

  • 检查配置文件与启动

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[root@web01 bbs] # /application/nginx/sbin/nginx -t      
nginx: the configuration  file  /application/nginx-1 .6.3 //conf/nginx .conf syntax is ok
nginx: configuration  file  /application/nginx-1 .6.3 //conf/nginx .conf  test  is successful
[root@web01 bbs] # /application/nginx/sbin/nginx -s reload

  • 本机上进行测试

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[root@web02 bbs] # curl bbs.xpleaf.org
bbs.xpleaf.org node2 10.0.0.10


（3）lb01配置


  • 配置文件内容

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[root@lb01 conf] # cat nginx.conf
worker_processes  1;
events {
     worker_connections  1024;
}
http {
     include       mime.types;
     default_type  application /octet-stream ;
     sendfile        on;
     keepalive_timeout  65;
     upstream bbs_server_pools {
         server 10.0.0.9:80 weight=1;
         server 10.0.0.10:80 weight=1;
     }
     server {
         listen 80;
         server_name bbs.xpleaf.org;
         location / {
         proxy_pass http: //bbs_server_pools ;
         }
     }
}

  • 配置hosts解析

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[root@web01 bbs] # echo "127.0.0.1 bbs.xpleaf.org">>/etc/hosts
[root@web01 bbs] # tail -1 /etc/hosts
127.0.0.1 bbs.xpleaf.org

  • 检查配置文件与启动

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[root@web01 bbs] # /application/nginx/sbin/nginx -t      
nginx: the configuration  file  /application/nginx-1 .6.3 //conf/nginx .conf syntax is ok
nginx: configuration  file  /application/nginx-1 .6.3 //conf/nginx .conf  test  is successful
[root@web01 bbs] # /application/nginx/sbin/nginx -s reload


（4）Nginx负载均衡效果测试


    可以通过命令行的方式在lb01上进行测试，如下：

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[root@lb01 conf] # curl bbs.xpleaf.org
bbs.xpleaf.org node1 10.0.0.9
[root@lb01 conf] # curl bbs.xpleaf.org
bbs.xpleaf.org node2 10.0.0.10
[root@lb01 conf] # curl bbs.xpleaf.org
bbs.xpleaf.org node1 10.0.0.9
[root@lb01 conf] # curl bbs.xpleaf.org
bbs.xpleaf.org node2 10.0.0.10
[root@lb01 conf] # curl bbs.xpleaf.org
bbs.xpleaf.org node1 10.0.0.9
[root@lb01 conf] # curl bbs.xpleaf.org
bbs.xpleaf.org node2 10.0.0.10

    通过上面的测试可以知道，访问请求都被分担到两台节点服务器上，也可以通过在windows 7的浏览器上输入地址来进行测试（需要先把"127.0.0.1 bbs.xpleaf.org"添加到windows 7的hosts文件中）：

wKiom1i8wwXAcmqBAAB8Bwp3a4k280.png

wKiom1i8wwWSoVoRAAB7phWSidw239.png



3.进阶1：记录访问用户的实际IP地址


（1）原理

    上面我们通过windows 7进行访问时，查看web服务器的日志：

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[root@web01 bbs] # tail -2 /application/nginx/logs/access_bbs.log   
10.0.0.7 - - [04 /Mar/2017 :11:33:00 +0800]  "GET / HTTP/1.0"  200 30  "-"  "Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1; WOW64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/56.0.2924.87 Safari/537.36"  "-"
10.0.0.7 - - [04 /Mar/2017 :11:33:29 +0800]  "GET / HTTP/1.0"  304 0  "-"  "Mozilla /5 .0 (Windows NT 6.1;

    因为在配置web服务器节点时，配置的日志格式是这样的：

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

    所以前面日志的第一个字段用来记录Nginx均衡服务器的地址，这没有问题，但是最后一个字段是'-'，也就是没有记录，该字段是用来记录用户的实际IP的。


（2）配置Nginx携带用户实际IP


    为了能够让web服务器记录用户的实际IP，需要在Nginx负载均衡服务器上做如下配置：

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[root@lb01 conf] # cat nginx.conf
worker_processes  1;
events {
     worker_connections  1024;
}
http {
     include       mime.types;
     default_type  application /octet-stream ;
     sendfile        on;
     keepalive_timeout  65;
     upstream bbs_server_pools {     # 定义节点资源池
         server 10.0.0.9:80 weight=1;
         server 10.0.0.10:80 weight=1;
     }
     server {
         listen 80;
         server_name bbs.xpleaf.org;
         location / {
         proxy_pass http: //bbs_server_pools ;     # 把请求转发到节点资源池中指定的主机中
         proxy_set_header X-Forwarded-For $remote_addr;
         }
     }
}

    实际上就是多加了最后一行。


（3）测试


    这时再用windows 7去访问bbs.xpleaf.org，然后在web服务器上查看日志信息：

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[root@web01 bbs] # tail -2 /application/nginx/logs/access_bbs.log 
10.0.0.7 - - [04 /Mar/2017 :11:49:10 +0800]  "GET / HTTP/1.0"  200 30  "-"  "Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1; WOW64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/56.0.2924.87 Safari/537.36"  "10.0.0.1"
10.0.0.7 - - [04 /Mar/2017 :11:49:11 +0800]  "GET / HTTP/1.0"  200 30  "-"  "Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1; WOW64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/56.0.2924.87 Safari/537.36"  "10.0.0.1"

    可以看到日志的最后一个字段就记录了客户端的真实IP地址。



4.进阶2：节点服务器多虚拟机场景


    前面在每台web服务器上，只配置了一个站点bbs.xpleaf.org，所以上面的负载均衡是没有问题，但是如果再配置一个站点blog.xpleaf.org（即在bbs.xpleaf.org后面再增加一个server域），当去测试时就会发现，无论是访问bbs.xpleaf.org，还是访问blog.xpleaf.org，返回的内容都是站点bbs.xpleaf.org的内容。

    究其原因是当用户访问域名时确实是携带了blog.xpleaf.org主机头请求Nginx反向代理服务器，但是是反向代理服务器向下面节点重新发起请求时，默认并没有在请求头里告诉节点服务器要找哪台虚拟主机，所以web节点服务器接收到请求后发现没有主机头信息，因此，就把节点服务器的第一个 虚拟机发给了反向代理。

    解决方法是，当反向代理向后重新发起请求时，要携带主机头信息，以明确告诉节点服务器要找哪个虚拟机。只需要在Nginx负载均衡服务器上增加下面一行配置：

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proxy_set_header Host $host;

    此时配置文件内容如下：

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[root@lb01 conf] # cat nginx.conf
worker_processes  1;
events {
     worker_connections  1024;
}
http {
     include       mime.types;
     default_type  application /octet-stream ;
     sendfile        on;
     keepalive_timeout  65;
     upstream bbs_server_pools {
         server 10.0.0.9:80 weight=1;
         server 10.0.0.10:80 weight=1;
     }
     server {
         listen 80;
         server_name bbs.xpleaf.org;
         location / {
         proxy_pass http: //bbs_server_pools ;
         proxy_set_header X-Forwarded-For $remote_addr;
         proxy_set_header Host $host;
         }
     }
}

    由于原理比较简单，这里就不给出完整过程了，可以参考老男孩老师的书籍。



5.进阶3：根据URL中的目录地址实现代理转发


    根据HTTP的URL进行转发的应用情况，被称为第7层（应用层）的负载均衡，而LVS的负载均衡一般用于TCP等的转发，因此被称为第4层转发（传输层）的负载均衡。

    在上面的案例中，如果需要实现一个需求，希望bbs.xpleaf.org可以使用bbs.xpleaf.org/upload来提供上传服务，而bbs.xpleaf.org则保持默认提供网站的主页内容，这时就可以使用Nginx基于URL来实现代理转发了。

    可以把lb01的Nginx配置修改为如下：

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[root@lb01 conf] # cat nginx.conf
worker_processes  1;
events {
     worker_connections  1024;
}
http {
     include       mime.types;
     default_type  application /octet-stream ;
     sendfile        on;
     keepalive_timeout  65;
     upstream bbs_server_pools {
         server 10.0.0.9:80 weight=1;
     }
     upstream bbs_upload_server_pools {
                 server 10.0.0.10:80  weight=1;
         }
     server {
         listen 80;
         server_name bbs.xpleaf.org;
         location / {
         proxy_pass http: //bbs_server_pools ;
         }
         location  /static  {
                 proxy_pass http: //bbs_upload_server_pools ;
                 }
     }
}

    这样，实际上就相当于bbs.xpleaf.org提供了两种不同的业务，一种是普通的bbs论坛内容业务，另外一种则是上传业务，上面我们定义了两个地址池，在每个地址池中，如果有多台节点服务器，就可以根据upstream的相关调度算法来实现不同业务的负载均衡了，总结来说就是，只使用一个域名对外提供服务，同时该域名对外提供不同的产品业务。

    当然，基于这种思想，通过location的正则匹配，可以根据用户不同的浏览器版本来访问不同的服务器群、根据设备的不同类型来访问不同的服务器群（PC端和移动端）、根据文件扩展名来访问不同的服务器群（实现动静分离），从而可以提升用户的体验。相关案例可以参考老男孩老师的书籍。



6.原理解析：http proxy模块和upstream模块


    Nginx的反向代理功能和负载均衡功能是通过http proxy模块和upstream模块来实现的：

Nginx http功能模块 模块说明
ngx_http_proxy_module proxy代理模块，用于把请求后抛给服务器节点或upstream服务器池
ngx_http_upstream_module 负载均衡模块，可以实现网站的负载均衡功能及节点的健康检查


（1）http proxy模块


    配置方法可以参考上面的案例，实际上还有很多参数可以使用，这里不详细给出。


（2）upstream模块


    主要介绍一下upstream模块在实现负载均衡功能时的调度算法，其实关于upstream的调度算法，如果学习过QoS，看起来就会觉得很熟悉了。

  • 静态调度算法：负载均衡器根据自身设定的规则进行分配，不需要考虑后端节点服务器的情况

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主要有rr、wrr、ip_hash
（1）rr轮询
如果节点服务器不宕机，请求将会平均分发到各节点服务器上；
（2）wrr权重轮询
按照设置的weight权重，将请示按比例分发到各节点服务器上；
（3）ip_hash
按照客户端IP的 hash 结果分配；
可以解决动态网页的session共享问题（会话保持），但无法保证1：1的负载均衡；

  • 动态调度算法：负载均衡器会根据后端节点的当前状态来决定是否分发请求

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主要有fair、least_conn、url_hash、一致性 hash 算法
（1）fair
根据后端节点服务器的响应时间来分配请求，响应时间短的优先分配；
Nginx本身不支持该算法，需要下载相关模块upstream_fair；
（2）least_conn
根据后端节点的连接数来决定分配情况，哪个机器连接数少就分发；
（3）url_hash（第三方调度算法）
与ip_hash类似，根据访问URL来分配请求，让每个URL定向到同一个后端服务器；
后端服务器为缓存服务器时效果显著；
（4）一致性 hash 算法（第三方调度算法）
比较复杂，这里不做介绍。



7.下一步做什么


    首先当然是要能够把Nginx负载均衡的环境搭建出来，否则是没有办法继续往下面学习的，然后就是继续加深Nginx负载均衡的理解，同时也在实际场景中多分析和尝试使用。




本文转自 xpleaf 51CTO博客，原文链接：http://blog.51cto.com/xpleaf/1903565，如需转载请自行联系原作者

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云解析DNS
域名
云虚拟主机
负载均衡
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云服务器 ECS配置
云服务器 ECS环境搭建
Nginx配置
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负载均衡 前端开发 JavaScript
LVS-DR模式、keepalived、Nginx与Tomcat合作，打造动静分离，高效负载均衡与高可用性
为了采用这样的架构，你需要对LVS-DR、Keepalived、Nginx与Tomcat有一定的理解和掌握，同时也需要投入一些时间去研究和配置，但是一旦你把它运行起来，你将会发现，这一切都是值得的。
蓝易云
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3月前
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应用服务中间件 nginx
Nginx进程配置指令详解
Nginx进程配置指令主要包括：`worker_processes`设置工作进程数；`worker_cpu_affinity`绑定CPU核心；`worker_rlimit_nofile`设置最大文件描述符数量；`worker_priority`设置进程优先级；`worker_connections`设置最大连接数；`daemon`控制守护进程模式；`master_process`启用主进程模式；`pid`设置PID文件路径；`user`指定用户和组；`error_log`配置错误日志。这些指令在`nginx.conf`中配置，用于优化和控制Nginx的运行行为。
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3月前
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Ubuntu 应用服务中间件 网络安全
Nginx伪流媒体服务器搭建详细说明以及案例
Nginx伪流媒体服务器搭建步骤如下：1. 安装Nginx，根据系统选择命令；2. 编辑配置文件（/etc/nginx/nginx.conf），添加mp4相关设置；3. 创建视频目录/usr/share/nginx/html/videos并上传视频；4. 重启Nginx应用更改；5. 通过浏览器访问视频，如http://your_server_ip/videos/example.mp4。注意启用mp4模块，确保视频格式支持伪流媒体播放。
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3月前
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负载均衡 算法 应用服务中间件
Nginx长连接负载均衡详细说明以及案例
本文详细介绍了Nginx长连接负载均衡的配置与原理。长连接（Keepalive）允许客户端和服务器保持连接，减少建立和关闭连接的开销。Nginx支持多种负载均衡算法，如轮询、IP哈希等。通过在Nginx配置文件中使用`upstream`模块和`keepalive`指令，可以实现长连接负载均衡，从而提高系统的性能和响应速度。示例配置展示了如何设置后端服务器组、长连接数及HTTP/1.1协议，确保连接复用，降低延迟。
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游客cjle3qpbn6lw6
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3月前
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负载均衡 应用服务中间件 nginx
如何使用nginx实现负载均衡？
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