Nginx 负载均衡 - Nginx 教程

什么是负载均衡？

负载均衡是一种将网络流量分发到多个服务器的技术，以提高系统的可用性、可靠性和性能。通过负载均衡，您可以：

提高系统容量和吞吐量
实现故障转移和高可用性
优化资源利用
简化应用程序扩展

Nginx 负载均衡基础配置

http {
    # 上游服务器组配置
    upstream backend {
        server backend1.example.com weight=5;
        server backend2.example.com;
        server 192.168.0.100:8080 max_fails=3 fail_timeout=30s;
    }
    
    server {
        listen 80;
        server_name example.com;
        
        location / {
            proxy_pass http://backend;
            proxy_set_header Host $host;
            proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
            proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
            proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;
        }
    }
}

配置说明

upstream - 定义上游服务器组，包含多个后端服务器
server - 定义后端服务器，可以是域名、IP地址或Unix套接字
weight - 设置服务器权重，默认为1，权重越高，接收的请求越多
max_fails - 在fail_timeout时间内最大失败次数，超过则标记为不可用
fail_timeout - 服务器标记为不可用的时间

负载均衡算法

轮询（默认）

轮询是Nginx默认的负载均衡算法，按顺序将请求分发到后端服务器。

upstream backend {
    server backend1.example.com;
    server backend2.example.com;
    server backend3.example.com;
}

权重轮询

根据服务器权重分发请求，权重越高，接收的请求越多。

upstream backend {
    server backend1.example.com weight=5;
    server backend2.example.com weight=3;
    server backend3.example.com weight=2;
}

IP哈希

根据客户端IP地址哈希值分发请求，确保同一客户端始终访问同一服务器。

upstream backend {
    ip_hash;
    server backend1.example.com;
    server backend2.example.com;
    server backend3.example.com;
}

最少连接

将请求分发到当前活跃连接数最少的服务器。

upstream backend {
    least_conn;
    server backend1.example.com;
    server backend2.example.com;
    server backend3.example.com;
}

通用哈希

根据指定的键（如请求URI）哈希值分发请求。

upstream backend {
    hash $request_uri consistent;
    server backend1.example.com;
    server backend2.example.com;
    server backend3.example.com;
}

健康检查配置

被动健康检查

通过监控连接尝试自动检测服务器健康状态。

upstream backend {
    server backend1.example.com max_fails=3 fail_timeout=30s;
    server backend2.example.com max_fails=3 fail_timeout=30s;
    server backend3.example.com max_fails=3 fail_timeout=30s;
}

主动健康检查（ngx_http_upstream_check_module）

需要安装第三方模块ngx_http_upstream_check_module。

upstream backend {
    server backend1.example.com;
    server backend2.example.com;
    server backend3.example.com;
    
    check interval=3000 rise=2 fall=5 timeout=1000 type=http;
    check_http_send "HEAD /health HTTP/1.0\r\n\r\n";
    check_http_expect_alive http_2xx http_3xx;
}

会话保持配置

IP哈希会话保持

upstream backend {
    ip_hash;
    server backend1.example.com;
    server backend2.example.com;
    server backend3.example.com;
}

Sticky 会话（nginx-sticky-module）

需要安装第三方模块nginx-sticky-module。

upstream backend {
    sticky;
    server backend1.example.com;
    server backend2.example.com;
    server backend3.example.com;
}

高级负载均衡配置

动静分离

upstream static_backend {
    server static1.example.com;
    server static2.example.com;
}

upstream dynamic_backend {
    server app1.example.com;
    server app2.example.com;
    server app3.example.com;
}

server {
    listen 80;
    server_name example.com;
    
    # 静态资源
    location ~* \.(jpg|jpeg|png|gif|css|js|ico)$ {
        proxy_pass http://static_backend;
    }
    
    # 动态内容
    location / {
        proxy_pass http://dynamic_backend;
    }
}

基于URL路径的负载均衡

upstream api_backend {
    server api1.example.com;
    server api2.example.com;
}

upstream web_backend {
    server web1.example.com;
    server web2.example.com;
}

server {
    listen 80;
    server_name example.com;
    
    location /api/ {
        proxy_pass http://api_backend;
    }
    
    location / {
        proxy_pass http://web_backend;
    }
}

实践练习

练习1：基本负载均衡配置

准备3台后端服务器，分别运行在3000、3001、3002端口
配置Nginx负载均衡，将请求分发到这3台服务器
测试负载均衡是否生效，观察请求是否分发到不同服务器

练习2：会话保持配置

配置IP哈希会话保持
测试同一客户端是否始终访问同一服务器
模拟服务器故障，观察故障转移情况

练习3：健康检查配置

配置被动健康检查
模拟服务器故障，观察Nginx是否自动将其标记为不可用
恢复服务器，观察Nginx是否自动将其标记为可用

常见问题解答

Q: 负载均衡与反向代理的区别是什么？

A: 反向代理是将请求转发到单个后端服务器，而负载均衡是将请求分发到多个后端服务器，提高系统可用性和性能。

Q: 如何选择合适的负载均衡算法？

A: 根据应用场景选择：

轮询：适用于服务器配置相似的场景
权重轮询：适用于服务器配置不同的场景
IP哈希：需要会话保持的场景
最少连接：长连接较多的场景

Q: 负载均衡器如何处理会话保持？

A: 可以使用IP哈希、cookie粘性会话或应用层会话共享来实现会话保持。

Q: 如何监控负载均衡状态？

A: 可以使用Nginx的status模块、Prometheus+Grafana或专业监控工具如Zabbix。