Nginx实现负载均衡

实现负载均衡可有以下算法：

Nginx实现负载均衡的原理是利用Http重定向实现负载均衡

rpm 安装方式nginx配置文件地址 /etc/nginx/conf.d 目录下面，配置文件内容结构如下：

修改完配置文件以后，还需要输入重新加载配置命令：

我们从官网上面看一下负载均衡配置案例，然后根据案例配置去对每项参数进行解释，案例如下( 注意：以下模块内容必须放在http模块下 )：

从上面这个案例Nginx会作如下执行，默认情况下，请求使用 加权循环平衡法。 在上面的示例中，每 7 个请求将按如下方式分配： 5个请求去 backend1.example.com 向第二台和第三台服务器分别发送一个请求。 如果在与服务器通信过程中发生错误，请求将 被传递到下一个服务器，依此类推，直到所有的功能 服务器将被尝试。 如果无法从任何服务器获得成功的响应， 客户端将收到与最后一个服务器通信的结果。

语法：

parameters类别：

商业版本需要付费的其他属性这里就不阐述了

1）轮训策略：

upstream模块默认的负载均衡策略是轮训策略，它会依次在服务列表进行分发

2）加权策略：

容器会根据server设置的权重进行请求分配，例如server1 weight=5 ，server2 weight=2 将会使得每 7 个请求将按如下方式分配server1 5个请求，server2两个请求。

3）Ip哈希策略：

其中请求 根据客户端 IP 地址在服务器之间分布，确保来自同一客户端的请求将始终 传递到同一服务器。使用方法是在upstream模块下面添加ip_hash

4）最少连接数策略(least_conn)：

指定组应使用负载平衡方法，其中请求 传递给活动连接数最少的服务器， 考虑到服务器的权重。 如果有多个这样的服务器，它们会依次尝试使用 加权循环平衡法。

5）扩展策略（需要安装插件）：

还有一些其他需要付费的策略这里就不进行阐述了，比如：最少时间策略（ least_time）、随机策略等。

这一小节中，我们将实战 Nginx 的四层和七层负载均衡功能。条件有限，使用一台公网主机，在上面搭建好 Nginx 服务。公网 IP 为 180.76.152.113。

首先会进行简单的四层负载均衡实验，不会涉及多种负载均衡算法，只使用默认的 Round-Robin算法。在后续的七层负载均衡实验中，会重点测试不同的负载均衡策略，完成相关实验。

首先在 nginx.conf 中添加如下 stream 指令块配置:

上述配置用端口3000和3001模拟两个上游服务器，然后在 upstream 指令块中指定这两个上游服务器的地址，同时给第一个设置权重为2。由于默认采用的是加权的 Round-Robin 算法，默认服务器的权重为1。设置为2，表明3次请求中，2次会转发到3000端口，一次会转发到3001端口，下面的测试也验证了这一点。

和四层的配置其实差不多，在七层中除了测试最基本的，我们还将测试前面提到的几种负载均衡策略，进一步熟悉 Nginx 中的负载均衡配置。

在 nginx.conf 中添加如下的 http 指令块:

上述配置中，我们用8000，8001和8002三个端口模拟了3个上游服务器，默认使用轮询负载均衡算法，而且三个的权重均为1。进行如下的 http 请求 *** 作，可以看到 Nginx 转发 http 请求会均匀地分配到3个服务器上。

我们打开 ip_hash 指令的注释，这个时候默认是使用客户端的 ip 地址作为 hash 的 key，然后重启 Nginx 服务并进行如下的命令行 *** 作：

接下来，注释 ip_hash 指令，我们打开 hash user_$arg_username 这行配置的注释， hash 指令可以让我们根据我们设置的 key 进行 hash，然后根据 hash 值选择上游的服务器。具体测试参看下面的 Linux 命令：

这里我们可以看到，在请求中带上 username 参数，Nginx 中配置的 hash 算法会根据请求中带的 username 参数作为 key 去进行 hash，然后在根据 hash 结果映射上游服务器。username 相同时，选择的上游服务器肯定是一样的，只有在 username 的值发生变化时，返回的响应才可能有变化。

今天我们完成了几个测试实验，主要是针对 Nginx 的四层和七层的负载均衡功能进行了测试。这个功能在微服务部署中会有较多的应用。因为高流量企业为保证服务的高可用性，往往会水平扩展多个相同功能的服务，部署在多台主机上，这个时候负载均衡技术就能派上用场了，而 Nginx 提供了完善的负载均衡功能以及多种负载均衡算法，能满足大部分企业的需求，如果还不够，可以通过编写内部开发模块并集成到 Nginx，实现相应的需求。所以说 Nginx 是非常值得学习和深入研究的。

Nginx是比较不错的开源Web服务器之一，但它也可以用作TCP和UDP负载均衡器。使用Nginx作为HAProxy的负载均衡器的主要好处之一是，它还可以负载均衡基于UDP的流量。在本文中，我们将演示如何将NGINX配置为Kubernetes集群中部署的应用程序的负载均衡。

假设Kubernetes集群已经配置好，我们将基于 CentOS 为Nginx创建一个虚拟机。

以下是实验种设置的详细信息：

Nginx (CenOS8 Minimal) - 192.168.1.50

Kube Master - 192.168.1.40

Kube Worker 1 - 192.168.1.41

Kube Worker 2 - 192.168.1.42

步骤1）安装epel仓库

因为nginx软件包在CentOS系统默认仓库里面没有，所以需要安装epel仓库：

[root@nginxlb ~]# dnf install epel-release -y

步骤2）安装Nginx

运行以下 命令 安装nginx：

[root@nginxlb ~]# dnf install nginx -y

使用rpm 命令 验证Nginx包的详细信息：

[root@nginxlb ~]# rpm -qi nginx

配置防火墙，允许访问nginx的http和https服务：

[root@nginxlb ~]# firewall-cmd --permanent --add-service=http

[root@nginxlb ~]# firewall-cmd --permanent --add-service=https

[root@nginxlb ~]# firewall-cmd –reload

使用以下命令将SE Linux 设置为permissive模式，并重启系统使selinux关闭生效：

[root@nginxlb ~]# sed -i s/^SELINUX=.*$/SELINUX=permissive/ /etc/selinux/config

[root@nginxlb ~]# reboot

步骤3）从Kubernetes中获取应用程序的NodePort详细信息

[kadmin@k8s-master ~]$  kubectl get all -n ingress-nginx

从上面的输出中可以看到，每个工作节点的NodePort 32760映射到端口80，NodePort 32375映射到443端口。我们将在Nginx配置文件中使用这些节点端口来做负载均衡。

步骤4）将Nginx配置负载均衡

编辑nginx配置文件，并添加以下内容：

[root@nginxlb ~]# vim /etc/nginx/nginx.conf

注释掉“server”部分（从38到57行）：

并添加以下几行：

upstream backend {

  server 192.168.1.41:32760

  server 192.168.1.42:32760

}

server {

  listen 80

  location / {

      proxy_read_timeout 1800

      proxy_connect_timeout 1800

      proxy_send_timeout 1800

      send_timeout 1800

      proxy_set_header        Accept-Encoding  ""

      proxy_set_header        X-Forwarded-By    $server_addr:$server_port

      proxy_set_header        X-Forwarded-For  $remote_addr

      proxy_set_header        X-Forwarded-Proto $scheme

      proxy_set_header Host $host

      proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr

      proxy_pass http://backend

  }

    location /nginx_status {

        stub_status

    }

}

保存配置文件，并退出。

根据上述更改，所有向nginx的80端口的请求，都将被路由到的Kubernetes工作节点（192.168.1.41和192.168.1.42）的NodePort（32760）端口上。

使用以下命令启用Nginx服务：

[root@nginxlb ~]# systemctl start nginx

[root@nginxlb ~]# systemctl enable nginx

测试Nginx的 TCP负载均衡器

要测试nginx作为Kubernetes的TCP负载均衡是否工作正常，请部署基于nginx的deployment，将deployment的端口暴露为80端口，并为nginx 的deployment定义入口资源。我已经使用以下命令来部署这些Kubernetes对象：

[kadmin@k8s-master ~]$ kubectl create deployment nginx-deployment --image=nginx

deployment.apps/nginx-deployment created

[kadmin@k8s-master ~]$ kubectl expose deployments nginx-deployment  --name=nginx-deployment --type=NodePort --port=80

service/nginx-deployment exposed

运行以下命令以获取deployments，svc和ingress详细信息：

更新本地主机的hosts文件，以便nginx-lb.example.com指向nginx服务器的IP地址（192.168.1.50）

[root@localhost ~]# echo "192.168.1.50  nginx-lb.example.com" >>/etc/hosts

尝试通过浏览器访问nginx-lb.example.com

总结

上面证实了Nginx作为TCP负载均衡器可以正常工作，因为它可以负载平衡K8s工作节点之间端口80上的TCP通信量。

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