負載均衡介紹
什么是負載均衡
負載均衡（load balance），意思是將負載（工作任務，訪問請求）進行平衡、分攤到多個操作單元（服務器，組件）上進行執行。
為什么需要負載均衡
當單臺web服務器直接面向用戶，可能要承載著大量的并發請求，單臺服務器可能難以負荷，我們需要使用多臺web服務器組成一個集群，利用nginx負載均衡功能，將請求分發給不同的后端服務器，實現負載的流量分發，提升整體性能、以及系統的容災能力。
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負載均衡與代理有什么區別
代理是代理一臺服務器基于URI調度，調度到不同功能的應用節點
負載均衡是將客戶端請求通過proxy_pass代理至一組upstream資源池
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實現負載均衡場景
實現負載均衡功能需要使用兩個模塊：
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proxy_pass：代理模塊
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upstream：虛擬資源池
示例：一個官方的的負載均衡展示
upstream?backend?{ ????server?backend1.example.com???????weight=5; ????server?backend2.example.com:8080; ????server?unix:/tmp/backend3; ????server?backup1.example.com:8080???backup; ????server?backup2.example.com:8080???backup; } server?{ ????location?/?{ ????????proxy_pass?http://backend; ????} }
示例：自己完成一個小例子
upstream?node?{ ????server?192.168.10.3:80; ????server?192.168.10.4:80; } server?{ ????listen?80; ????server_name?www.yyang.com; ????location?/?{ ????????proxy_pass?http://node; ????????include?prxoy_params; ????} }
負載均衡調度算法
輪詢調度
按順序逐一分配到不同的后端節點，也是默認算法。（簡單來說就是1:1:1）
加權輪詢
考慮到不同服務器的性能不同，給予節點不同的權值，使其接收到相應的權值請求數
server?192.168.10.3:80?weight=3; server?192.168.10.4:80?weight=1;
以上這個例子是說每4個請求會分配給10.3三個，10.4一個，以此循環。
ip_hash
根據用戶請求的IP，對該IP進行hash運算，根據運算的值將請求分配給后端特定的一臺節點進行處理。
取值范圍為ipv4地址的前三個8位或ipv6的整個地址作為哈希鍵，確保來自從一個客戶端的IP始終傳遞給同一臺服務器，除非次服務器不可用。簡單點說，172.16.20.1和172.16.20.2的前三組數字是一樣的（都是172.16.20）
ip_hash運算公式：hash（ip）%node_counts=index
ip_hash帶來的問題：
大量同一IP的請求會造成某個節點流量過大
如果臨時下線一臺節點，會重新計算hash值，建議使用down狀態
示例：注意ip_hash與權重不可同時使用
ip_hash; server?192.168.10.3:80; server?192.168.10.4:80;
一致性hash
為了避免上述問題，所以誕生了一致性hash，使用取模的方式，但不對服務器節點數量取模，而是對2的32次方取模，hash函數值為0~2^32-1。（形成一個虛擬圓環，用戶請求會發給順時針相鄰的節點）
有一個問題：如果后端節點較少可能會造成數據傾斜，所以一致性hash引入了虛擬節點機制，即對每個服務器計算多個哈希，每個計算結果位置都放置一個虛擬節點。
如果我們想使用ip_hash，但是計算公式使用一致性hash，該怎么做？
hash?$remote_addr?consistent; server?192.168.10.3:80; server?192.168.10.4:80;
url_hash
根據用戶的url進行hash取模，根據運算值，將請求分配給一臺特定的后端服務器。
1.用戶請求nginx負載均衡，通過url算法，請求調度至cache1
2.cache1沒有數據，會向后端獲取，返回數據，并將數據緩存
3.當其他用戶訪問相同url時，調度器依然會調度到cache1節點
4.cache1會直接將數據返回
hash?$request_uri?consistent; server?192.168.10.3:80; server?192.168.10.4:80;
least_conn
哪臺服務器的連接數最少，就將請求調度到這臺服務器
least_conn; server?192.168.10.3:80; server?192.168.10.4:80;
負載均衡后端節點狀態
down
將服務器節點標記為不可用狀態，一般用于停機維護。
server?192.168.10.3:80?down; server?192.168.10.4:80;
backup
備用節點，正常情況不會調度到此節點；當正常工作節點全部不可用時，會啟用此節點;當節點恢復時此節點會繼續恢復備用狀態。
server?192.168.10.3:80; server?192.168.10.4:80; server?192.168.10.5:80?backup;
max_conns
用來限制每個后端節點接收到的最大的TCP連接數，如果超出限制就會拋出錯誤。
server?192.168.10.3:80?max_conns=10; server?192.168.10.4:80?max_conns=10;
一臺可以連接10.兩臺是20，超過20就會出錯。
keepalived
與后端服務器激活緩存，也就是長鏈接，提升網站吞吐量。
默認不啟用此功能，當有請求時，會建立連接，維護連接，關閉連接，所以會存在網絡消耗；但是如果所有連接都緩存了，當連接空閑了又會占用其他系統資源，所以可以使用keepalived參數。
server?192.168.10.3:80; server?192.168.10.4:80; keepalived?32;???#?最大空閑連接數的個數 keepalived_timeout?100s;?#?空閑連接的超時時間 #?需要配合以下兩個參數使用 proxy_http_version?1.1; proxy_set_header?connection?"";
max_fails與fail_timeout
max_fails=2：服務器通信失敗兩次，認為服務器不可用
fail_timeout=5s：服務器通信失敗后，每5秒探測一次服務器是否恢復正常。
在fail_timeout設定時間內，與服務器連接失敗次數達到max_fails數量，則認為服務器不可用。
如果不設置的話默認是探測一次，間隔10s。
server?192.168.10.3:80?max_fails=2?fail_timeout=5s; server?192.168.10.4:80?max_fails=2?fail_timeout=5s;
