nginx(engine x) 是一個 高性能 的 HTTP 和 反向代理 服務(wù)器、郵件代理服務(wù)器以及通用的 TCP/UDP 代理服務(wù)器。其特點為輕量級（占用系統(tǒng)資源少）、穩(wěn)定性好、可擴展性（模塊化結(jié)構(gòu)）、并發(fā)能力強、配置簡單等。

本文主要介紹在測試環(huán)境中通過 nginx 實現(xiàn)基本的 負(fù)載均衡 功能。

nginx 可以提供 HTTP 服務(wù)，包括處理靜態(tài)文件，支持 SSL 和 TLS SNI、GZIP 網(wǎng)頁壓縮、虛擬主機、URL 重寫等功能，可以搭配 FastCGI、uwsgi 等程序處理動態(tài)請求。

此外，nginx 還可以用于代理、反向代理、負(fù)載均衡、緩存等服務(wù)器功能，在集群環(huán)境中改善網(wǎng)絡(luò)負(fù)載、提高可用性。

一、搭建測試環(huán)境

這里的測試環(huán)境為通過VirtualBox 安裝的兩臺Lubuntu 19.04 虛擬機，Linux 系統(tǒng)安裝方法不作贅述。

為了保證兩臺 Linux 虛擬機之間的相互訪問，虛擬機的網(wǎng)絡(luò)配置除了默認(rèn)的 NAT 方式外，還使用了 VirtualBox 軟件提供的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)（Internal） 聯(lián)網(wǎng)方式。

此外，還需要將兩臺虛擬機中與“內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)”相關(guān)聯(lián)的網(wǎng)卡，綁定上 同一網(wǎng)段 的靜態(tài) IP 地址，則兩臺主機形成局域網(wǎng)絡(luò)，相互之間可以直接訪問。

網(wǎng)絡(luò)配置

打開 VirtualBox 軟件，分別進(jìn)入兩臺虛擬機的設(shè)置界面，為其添加 連接方式為內(nèi)部網(wǎng)絡(luò) 的網(wǎng)絡(luò)連接，截圖如下（兩臺虛擬機作同樣的配置）：

內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)

登錄進(jìn)虛擬機系統(tǒng)，使用 ip addr 命令查看當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)連接信息：

$ ip addr ... 2: enp0s3: mtu 1500 qdisc fq_codel state UP group default qlen 1000 link/ether 08:00:27:38:65:a8 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff inet 10.0.2.15/24 brd 10.0.2.255 scope global dynamic noprefixroute enp0s3 valid_lft 86390sec preferred_lft 86390sec inet6 fe80::9a49:54d3:2ea6:1b50/64 scope link noprefixroute valid_lft forever preferred_lft forever 3: enp0s8: mtu 1500 qdisc fq_codel state UP group default qlen 1000 link/ether 08:00:27:0d:0b:de brd ff:ff:ff:ff:ff:ff inet6 fe80::2329:85bd:937e:c484/64 scope link noprefixroute valid_lft forever preferred_lft forever

可以看到，此時的 enp0s8 網(wǎng)卡還沒有綁定 IPv4 地址，需要為其手動指定靜態(tài) IP。

需要 注意 的是，從 Ubuntu 17.10 版本開始，一個新的名為 netplan 的工具被引入，原來的網(wǎng)絡(luò)配置文件/etc/network/interfaces不再生效。

所以為網(wǎng)卡設(shè)置靜態(tài) IP 時需要修改 /etc/netplan/01-network-manager-all.yaml 配置文件，示例如下：

network: version: 2 renderer: NetworkManager ethernets: enp0s8: dhcp4: no dhcp6: no addresses: [192.168.1.101/24] # gateway4: 192.168.1.101 # nameservers: # addresses: [192.168.1.101, 8.8.8.8]

由于兩臺主機處于同一子網(wǎng)，網(wǎng)關(guān)和 DNS 服務(wù)器未配置的情況下仍可以互相訪問。對應(yīng)的配置項暫時先注釋掉（后續(xù)可以嘗試自行搭建 DNS 服務(wù)器）。

編輯完成后運行sudo netplan apply命令，前面配置的靜態(tài) IP 即可生效。

$ ip addr ... 3: enp0s8: mtu 1500 qdisc fq_codel state UP group default qlen 1000 link/ether 08:00:27:0d:0b:de brd ff:ff:ff:ff:ff:ff inet 192.168.1.101/24 brd 192.168.1.255 scope global noprefixroute enp0s8 valid_lft forever preferred_lft forever inet6 fe80::a00:27ff:fe0d:bde/64 scope link valid_lft forever preferred_lft forever

登錄進(jìn)另一臺虛擬機中，執(zhí)行同樣的操作（注意配置文件中的 addresses 項改為 [192.168.1.102/24] ）。兩臺虛擬機的網(wǎng)絡(luò)即配置完成。

此時有 Linux 虛擬機 server1，IP 地址為 192.168.1.101；Linux 虛擬機 server2，IP 地址為 192.168.1.102。兩臺主機可相互訪問。測試如下：

starky@server1:~$ ping 192.168.1.102 -c 2 PING 192.168.1.102 (192.168.1.102) 56(84) bytes of data. 64 bytes from 192.168.1.102: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.951 ms 64 bytes from 192.168.1.102: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.330 ms --- 192.168.1.102 ping statistics --- 2 packets transmitted, 2 received, 0% packet loss, time 2ms rtt min/avg/max/mdev = 0.330/0.640/0.951/0.311 ms skitar@server2:~$ ping 192.168.1.101 -c 2 PING 192.168.1.101 (192.168.1.101) 56(84) bytes of data. 64 bytes from 192.168.1.101: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.223 ms 64 bytes from 192.168.1.101: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.249 ms --- 192.168.1.101 ping statistics --- 2 packets transmitted, 2 received, 0% packet loss, time 29ms rtt min/avg/max/mdev = 0.223/0.236/0.249/0.013 ms

二、安裝 nginx 服務(wù)器

nginx 的安裝方式主要有兩種：

• 預(yù)編譯的二進(jìn)制程序。這是最簡單和最快速的安裝方式，各主流操作系統(tǒng)都可以通過包管理器（如 Ubuntu 的 apt-get）安裝。此種方式會安裝幾乎所有的 官方 模塊或插件。

• 從源代碼編譯安裝。這種方式相對于前者更加靈活，可以自行選擇需要安裝的模塊或第三方插件。

本示例并沒有特殊的需求，所以直接選擇第一種安裝方式。命令如下：

$ sudo apt-get update $ sudo apt-get install nginx

安裝成功后，通過systemctl status nginx命令查看 nginx 服務(wù)的運行狀態(tài)：

$ systemctl status nginx ● nginx.service - A high performance web server and a reverse proxy server Loaded: loaded (/lib/systemd/system/nginx.service; enabled; vendor preset: en Active: active (running) since Tue 2019-07-02 01:22:07 CST; 26s ago Docs: man:nginx(8) Main PID: 3748 (nginx) Tasks: 2 (limit: 1092) Memory: 4.9M CGroup: /system.slice/nginx.service ├─3748 nginx: master process /usr/sbin/nginx -g daemon on; master_pro └─3749 nginx: worker process

通過curl -I 127.0.0.1命令驗證 Web 服務(wù)器是否可以正常訪問：

$ curl -I 127.0.0.1 HTTP/1.1 200 OK Server: nginx/1.15.9 (Ubuntu) ...

三、負(fù)載均衡配置

負(fù)載均衡（load-balancing）即按照一定的規(guī)則將負(fù)載分?jǐn)偟蕉鄠�操作單元上執(zhí)行，從而提高服務(wù)的可用性和響應(yīng)速度。

簡單的示例圖如下：

load-balancing

如某網(wǎng)站應(yīng)用部署在多臺主機構(gòu)成的服務(wù)器集群上，負(fù)載均衡服務(wù)器位于終端用戶和服務(wù)器集群之間，負(fù)責(zé)接收終端用戶的訪問流量，并根據(jù)一定的規(guī)則將用戶訪問 分發(fā) 給后端的服務(wù)器主機，從而提高在高并發(fā)狀態(tài)下的響應(yīng)速度。

負(fù)載均衡服務(wù)器

nginx 可以通過 upstream 選項配置負(fù)載均衡。這里使用虛擬機 server1 作為負(fù)載均衡服務(wù)器。

修改 serve1 上默認(rèn)站點的配置文件（ sudo vim /etc/nginx/sites-available/default ），改為如下內(nèi)容：

upstream backend { server 192.168.1.102:8000; server 192.168.1.102; } server { listen 80; location / { proxy_pass http://backend; } }

基于測試的目的，當(dāng)前只有兩臺虛擬機。server1（192.168.1.101）已經(jīng)作為負(fù)載均衡服務(wù)器，所以使用 server2（192.168.1.102）作為應(yīng)用服務(wù)器。

這里借助 nginx 的虛擬主機功能，分別將 192.168.1.102 和 192.168.1.102:8000 “模擬”為兩臺不同的應(yīng)用服務(wù)器。

應(yīng)用服務(wù)器

修改 server2 上默認(rèn)站點的配置文件（ sudo vim /etc/nginx/sites-available/default ），改為如下內(nèi)容：

server { listen 80; root /var/www/html; index index.html index.htm index.nginx-debian.html; server_name 192.168.1.102; location / { try_files $uri $uri/ =404; } }

在 /var/www/html 目錄下創(chuàng)建 index.html 文件，作為 default 站點的 index 頁面，內(nèi)容如下：

<html>
  <head>
    <title>Index Page From Server1</title>
  </head>
  <body>
    <h1>This is Server1, Address 192.168.1.102.</h1>
  </body>
</html>

運行 [code]sudo systemctl restart nginx [/code]命令重啟 nginx 服務(wù)，此時訪問http://192.168.1.102 即可獲取剛剛創(chuàng)建的 index.html 頁面：

$ curl 192.168.1.102
<html>
  <head>
    <title>Index Page From Server1</title>
  </head>
  <body>
    <h1>This is Server1, Address 192.168.1.102.</h1>
  </body>
</html>

配置“另一臺主機”上的站點，在 server2 上創(chuàng)建 [code]/etc/nginx/sites-available/server2 [/code]配置文件，內(nèi)容如下：

server {
    listen 8000;
    root /var/www/html;
    index index2.html index.htm index.nginx-debian.html;
    server_name 192.168.1.102;
    location / {
        try_files $uri $uri/ =404;
    }
}

注意監(jiān)聽端口和 index 頁面的配置變化。在 /var/www/html 目錄下創(chuàng)建 index2.html 文件，作為 server2 站點的 index 頁面，內(nèi)容如下：

<html>
  <head>
    <title>Index Page From Server2</title>
  </head>
  <body>
    <h1>This is Server2, Address 192.168.1.102:8000.</h1>
  </body>
</html>

PS：為了測試目的，default 站點和 server2 站點配置在同一個主機 server2 上，且頁面稍有不同。實際環(huán)境中通常將這兩個站點配置在不同的主機上，且內(nèi)容一致。

運行sudo ln -s /etc/nginx/sites-available/server2 /etc/nginx/sites-enabled/命令啟用剛剛創(chuàng)建的 server2 站點。

重啟 nginx 服務(wù)，此時訪問 http://192.168.1.102:8000 即可獲取剛剛創(chuàng)建的 index2.html 頁面：

$ curl 192.168.1.102:8000
<html>
  <head>
    <title>Index Page From Server2</title>
  </head>
  <body>
    <h1>This is Server2, Address 192.168.1.102:8000.</h1>
  </body>
</html>

負(fù)載均衡測試

回到負(fù)載均衡服務(wù)器即虛擬機 server1 上，其配置文件中設(shè)置的 反向代理 URL 為 http://backend 。

由于未曾配置域名解析服務(wù)，無法將 URLhttp://backend 定位到正確的位置。

可以修改 server1 上的 /etc/hosts 文件，添加如下一條記錄：

127.0.0.1 backend

即可將該域名解析到本地 IP ，完成對負(fù)載均衡服務(wù)器的訪問。

重啟 nginx 服務(wù)，在 server1 上訪問http://backend ，效果如下：

$ curl http://backend
<html>
  <head>
    <title>Index Page From Server1</title>
  </head>
  <body>
    <h1>This is Server1, Address 192.168.1.102.</h1>
  </body>
</html>
$ curl http://backend
<html>
  <head>
    <title>Index Page From Server2</title>
  </head>
  <body>
    <h1>This is Server2, Address 192.168.1.102:8000.</h1>
  </body>
</html>
$ curl http://backend
<html>
  <head>
    <title>Index Page From Server1</title>
  </head>
  <body>
    <h1>This is Server1, Address 192.168.1.102.</h1>
  </body>
</html>
$ curl http://backend
<html>
  <head>
    <title>Index Page From Server2</title>
  </head>
  <body>
    <h1>This is Server2, Address 192.168.1.102:8000.</h1>
  </body>
</html>

從輸出中可以看出，server1 對負(fù)載均衡服務(wù)器http://backend 的訪問，完成了對應(yīng)用服務(wù)器 server2 上兩個 Web 站點的 輪詢 ，起到負(fù)載均衡的作用。

四、負(fù)載均衡方法

nginx 開源版本提供四種負(fù)載均衡的實現(xiàn)方式，簡單介紹如下。

1. Round Robin

用戶請求 均勻 地分配給后端服務(wù)器集群（可以通過 weight 選項設(shè)置輪詢的 權(quán)重 ），這是 nginx 默認(rèn)使用的負(fù)載均衡方式：

upstream backend {
  server backend1.example.com weight=5;
  server backend2.example.com;
}

2. Least Connections

用戶請求會優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)給集群中當(dāng)前活躍連接數(shù)最少的服務(wù)器。同樣支持 weight 選項。

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

3. IP Hash

用戶請求會根據(jù) 客戶端 IP 地址 進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。即該方式意圖保證某個特定的客戶端最終會訪問 同一個 服務(wù)器主機。

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

4. Generic Hash

用戶請求會根據(jù)一個 自定義鍵值 確定最終轉(zhuǎn)發(fā)的目的地，該鍵值可以是字符串、變量或者組合（如源 IP 和端口號）。

upstream backend {
  hash $request_uri consistent;
  server backend1.example.com;
  server backend2.example.com;
}

權(quán)重

參考下面的示例配置：

upstream backend {
  server backend1.example.com weight=5;
  server backend2.example.com;
  server 192.0.0.1 backup;
}

默認(rèn)權(quán)重（weight）為 1 。 backup 服務(wù)器 只有在所有其他服務(wù)器全部宕機的情況下才會接收請求。

如上面的示例，每 6 個請求會有 5 個轉(zhuǎn)發(fā)給[code] backend1.example.com[/code]，1 個轉(zhuǎn)發(fā)給 backend2.example.com。只有當(dāng) backend1 和 backend2 全部宕機時，192.0.0.1 才會接收并處理請求。