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怃膝镁 发表于 2025-6-1 18:44:08

nginx实现负载均衡和动静分离

负载均衡概述

负载均衡是一种分布式计算技术，用于将网络流量和用户请求分散到多台服务器上，以此来提高网络服务的可用性和可靠性。它通过优化资源使用、最大化吞吐量以及最小化响应时间，增强了网络、服务器和数据中心的伸缩性和灵活性。
Nginx的负载均衡功能主要通过其反向代理模式实现。当客户端发送请求到Nginx服务器时，Nginx会根据预设的负载均衡策略将请求转发给后端服务器，并将后端服务器的响应返回给客户端。Nginx作为代理服务器，有效地分摊了请求压力，提高了系统的处理能力。
Nginx的负载均衡分为七层负载和四层负载，七层负载是指OSI网络模型中的第七层，对应的是HTTP请求。而四层负载对应的是OSI网络模型中的第四层，对应的是IP+PORT。
负载均衡的目的


[*]提高可用性：通过将请求分散到多个服务器，即使部分服务器出现故障，整个系统仍然可以继续提供服务。
[*]增强性能：负载均衡可以提高系统处理大量并发请求的能力，从而提升整体性能。
[*]故障转移：当一台服务器发生故障时，负载均衡器可以自动将流量转移到其他健康的服务器上，以避免服务中断。
[*]降低延迟：通过选择最佳的服务器来处理请求，减少数据传输的延迟。
[*]资源优化：合理分配请求到各个服务器，避免某些服务器过载而其他服务器空闲，优化资源使用。
Nginx的负载均衡调度算法


[*]轮询（Round Robin）
轮询是 Nginx 默认的负载均衡算法。它按照顺序依次将请求分配给后端服务器，不考虑服务器的当前负载和响应时间。
[*]加权轮询（Weighted Round Robin）
加权轮询是轮询算法的一个变体，它允许为每个服务器分配重权。权重损失的服务器将接收到更多的请求。这种方法可以根据服务器的性能和负载情况动态调整负载分配。
[*]最少连接数（Least Connections）
最少连接数算法会将请求分配给当前连接数最少的服务器。这种算法适用于后端服务器性能差异不大的情况。
[*]加权最少连接数（Weighted Least Connections）
加权最少连接数算法在最少连接数的基础上引入了权重的概念。权重值越高的服务器，会优先分配更多的请求。
[*]IP哈希（IP Hash）
IP 哈希算法会根据客户端的 IP 地址进行哈希计算，将请求分配到固定的后端服务器。这种算法可以实现会话保持，即同一个客户端的请求总是被分配到同一个后端服务器。
[*]URL哈希（URL Hash）
URL 哈希算法会根据请求的 URL 进行哈希计算，将请求分配到固定的后端服务器。这种算法同样可以实现会话保持，适用于基于 URL 的会话管理。
[*]随机（Random）
随机算法会随机选择一个后端服务器来处理请求。这种算法简单且不考虑服务器的负载情况。
[*]公平（Fair）
公平算法会根据后端服务器的响应时间来分配请求，响应时间越短的服务器会优先分配更多的请求。这种算法需要安装额外的模块（如 ngx_http_upstream_fair_module）。
七层负载均衡实现

环境信息

IP作用系统规格10.0.0.10lb-负载均衡服务器Ubuntu22.042c4g10.0.0.20web-nginx服务器Ubuntu22.042c4g10.0.0.21web-nginx服务器Ubuntu22.042c4gnginx服务器操作

所有nginx服务器操作这一次即可
10.0.0.20服务器配置网页和nginx配置文件
# mkdir -p /data/nginx/lb
# echo '<h1>10.0.0.20<h1/>' >> /data/nginx/lb/index.html
# cat /etc/nginx/conf.d/lb.conf
server{
listen 1999;
server_name _;
root /data/nginx/lb;

location / {
   index index.html;
}
}
# nginx -t
nginx: the configuration file /etc/nginx/nginx.conf syntax is ok
nginx: configuration file /etc/nginx/nginx.conf test is successful
# nginx -s reload10.0.0.21服务器配置网页和nginx配置文件
# mkdir -p /data/nginx/lb
# echo '<h1>10.0.0.21<h1/>' >> /data/nginx/lb/index.html
# cat /etc/nginx/conf.d/lb.conf
server{
listen 1999;
server_name _;
root /data/nginx/lb;

location / {
   index index.html;
}
}
# nginx -t
nginx: the configuration file /etc/nginx/nginx.conf syntax is ok
nginx: configuration file /etc/nginx/nginx.conf test is successful
# nginx -s reload轮询实操配置

轮询是 Nginx 默认的负载均衡算法。它按照顺序依次将请求分配给后端服务器，不考虑服务器的当前负载和响应时间。
10.0.0.10服务器中操作
# cat /etc/nginx/conf.d/lb.conf
#upstream模块，实现负载均衡和反向代理的核心组件，upstream的名称，也就是lb字段，在同一个nginx服务器中不能重复
upstream lb {
server 10.0.0.20:1999;
server 10.0.0.21:1999;
}

server {
listen 1999;
server_name lb.huangSir-devops.com;

location / {
    proxy_pass http://lb;
    #转发客户端请求的域名
    proxy_set_header Host $http_host;
    #记录客户端请求的真实IP地址
    proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
    proxy_set_header X-Real-Ip $remote_addr;
}
}
# nginx -t
nginx: the configuration file /etc/nginx/nginx.conf syntax is ok
nginx: configuration file /etc/nginx/nginx.conf test is successful
# nginx -s reload使用curl命令测试访问，可以发现后端服务器在20和21之间轮询
# curl 10.0.0.10:1999 -H lb.huangSir-devops.com
<h1>10.0.0.20<h1/>
# curl 10.0.0.10:1999 -H lb.huangSir-devops.com
<h1>10.0.0.21<h1/>
# curl 10.0.0.10:1999 -H lb.huangSir-devops.com
<h1>10.0.0.20<h1/>
# curl 10.0.0.10:1999 -H lb.huangSir-devops.com
<h1>10.0.0.21<h1/>加权轮询配置

加权轮询是轮询算法的一个变体，它允许为每个服务器分配重权。权重损失的服务器将接收到更多的请求。这种方法可以根据服务器的性能和负载情况动态调整负载分配。使用weight指令设置权重，权重值越高，分配到的请求越多，默认权重为1
10.0.0.10服务器中操作：
# cat /etc/nginx/conf.d/lb_weight.conf
upstream lb_weight {
server 10.0.0.20:1999 weight=1;
server 10.0.0.21:1999 weight=2;
}

server {
listen 2999;
server_name lb.huangSir-devops.com;

location / {
    proxy_pass http://lb_weight;
    #转发客户端请求的域名
    proxy_set_header Host $http_host;
    #记录客户端请求的真实IP地址
    proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
    proxy_set_header X-Real-Ip $remote_addr;
}
}
# nginx -t
nginx: the configuration file /etc/nginx/nginx.conf syntax is ok
nginx: configuration file /etc/nginx/nginx.conf test is successful
# nginx -s reload使用curl命令测试访问，经过测试发现，20和21服务器之间是会进行1:2的次数出现
# curl 10.0.0.10:2999 -H lb.huangSir-devops.com
<h1>10.0.0.20<h1/>
# curl 10.0.0.10:2999 -H lb.huangSir-devops.com
<h1>10.0.0.21<h1/>
# curl 10.0.0.10:2999 -H lb.huangSir-devops.com
<h1>10.0.0.21<h1/>

# curl 10.0.0.10:2999 -H lb.huangSir-devops.com
<h1>10.0.0.20<h1/>
# curl 10.0.0.10:2999 -H lb.huangSir-devops.com
<h1>10.0.0.21<h1/>
# curl 10.0.0.10:2999 -H lb.huangSir-devops.com
<h1>10.0.0.21<h1/>最少连接数配置

最少连接数算法会将请求分配给当前连接数最少的服务器。这种算法适用于后端服务器性能差异不大的情况。
最少连接数配置使用least_conn指令进行配置
10.0.0.10服务器中操作：
# cat /etc/nginx/conf.d/lb_least_conn.conf
upstream lb_least_conn {
least_conn;
server 10.0.0.20:1999;
server 10.0.0.21:1999;
}

server {
listen 3999;
server_name lb.huangSir-devops.com;

location / {
    proxy_pass http://lb_least_conn;
    #转发客户端请求的域名
    proxy_set_header Host $http_host;
    #记录客户端请求的真实IP地址
    proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
    proxy_set_header X-Real-Ip $remote_addr;
}
}
# nginx -t
nginx: the configuration file /etc/nginx/nginx.conf syntax is ok
nginx: configuration file /etc/nginx/nginx.conf test is successful
# nginx -s reload在10机器上使用ab命令进行测试访问,然后查看后面代理的两台服务器的请求日志
# apt update -y
# apt install apache2-utils -y

#-n 100：发送 100 个请求。-c 10：并发数为 10。
# ab -n 100 -c 10 http://lb.huangSir-devops.com:3999/
This is ApacheBench, Version 2.3 <$Revision: 1879490 $>
Copyright 1996 Adam Twiss, Zeus Technology Ltd, http://www.zeustech.net/
Licensed to The Apache Software Foundation, http://www.apache.org/

Benchmarking lb.huangSir-devops.com (be patient).....done


Server Software:      nginx/1.18.0
Server Hostname:      lb.huangSir-devops.com
Server Port:            3999

Document Path:          /
Document Length:      19 bytes

Concurrency Level:      10
Time taken for tests:   0.023 seconds
Complete requests:      100
Failed requests:      0
Total transferred:      25900 bytes
HTML transferred:       1900 bytes
Requests per second:    4287.98 [#/sec] (mean)
Time per request:       2.332 (mean)
Time per request:       0.233 (mean, across all concurrent requests)
Transfer rate:          1084.56 received

Connection Times (ms)
            minmean[+/-sd] median   max
Connect:      0    0   0.3      0       2
Processing:   1    2   0.4      2       3
Waiting:      0    2   0.5      2       3
Total:          1    2   0.4      2       4

Percentage of the requests served within a certain time (ms)
50%      2
66%      2
75%      2
80%      2
90%      3
95%      3
98%      3
99%      4
100%      4 (longest request)加权最少连接数配置

加权最少连接数算法在最少连接数的基础上引入了权重的概念。权重值越高的服务器，会优先分配更多的请求。
最少连接数配置使用least_conn和weight指令进行配置
10.0.0.10服务器中操作：
# cat /etc/nginx/conf.d/lb_least_weight.conf
upstream lb_least_weight {
least_conn;
server 10.0.0.20:1999 weight=1;
server 10.0.0.21:1999 weight=2;
}

server {
listen 4999;
server_name lb.huangSir-devops.com;

location / {
    proxy_pass http://lb_least_weight;
    #转发客户端请求的域名
    proxy_set_header Host $http_host;
    #记录客户端请求的真实IP地址
    proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
    proxy_set_header X-Real-Ip $remote_addr;
}
}
# nginx -t
nginx: the configuration file /etc/nginx/nginx.conf syntax is ok
nginx: configuration file /etc/nginx/nginx.conf test is successful
# nginx -s reload测试过程略
IP哈希配置

IP 哈希算法会根据客户端的 IP 地址进行哈希计算，将请求分配到固定的后端服务器。这种算法可以实现会话保持，即同一个客户端的请求总是被分配到同一个后端服务器。
IP哈希使用ip_hash指令进行配置
10.0.0.10服务器中操作：
# cat /etc/nginx/conf.d/lb_ip.conf
upstream lb_ip {
#指定ip_hash负载算法
ip_hash;
server 10.0.0.20:1999;
server 10.0.0.21:1999;
}

server {
listen 5999;
server_name lb.huangSir-devops.com;

location / {
    proxy_pass http://lb_ip;
    #转发客户端请求的域名
    proxy_set_header Host $http_host;
    #记录客户端请求的真实IP地址
    proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
    proxy_set_header X-Real-Ip $remote_addr;
}
}
# nginx -t
nginx: the configuration file /etc/nginx/nginx.conf syntax is ok
nginx: configuration file /etc/nginx/nginx.conf test is successful
# nginx -s reload使用curl测试，可以发现连接的服务器都是21
# cat /etc/nginx/conf.d/lb_ip.conf
upstream lb_ip {
ip_hash;
server 10.0.0.20:1999;
server 10.0.0.21:1999;
}

server {
listen 5999;
server_name lb.huangSir-devops.com;

location / {
    proxy_pass http://lb_ip;
    #转发客户端请求的域名
    proxy_set_header Host $http_host;
    #记录客户端请求的真实IP地址
    proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
    proxy_set_header X-Real-Ip $remote_addr;
}
}
# nginx -t
nginx: the configuration file /etc/nginx/nginx.conf syntax is ok
nginx: configuration file /etc/nginx/nginx.conf test is successful
# nginx -s reload
# curl 10.0.0.10:5999 -H lb.huangSir-devops.com
<h1>10.0.0.21<h1/>
# curl 10.0.0.10:5999 -H lb.huangSir-devops.com
<h1>10.0.0.21<h1/>
# curl 10.0.0.10:5999 -H lb.huangSir-devops.com
<h1>10.0.0.21<h1/>URL哈希配置

URL 哈希算法会根据请求的 URL 进行哈希计算，将请求分配到固定的后端服务器。这种算法同样可以实现会话保持，适用于基于 URL 的会话管理。
URL哈希配置使用hash指令来进行配置
10.0.0.10服务器中操作：
# cat /etc/nginx/conf.d/lb_url.conf
upstream lb_url {
server 10.0.0.20:1999;
server 10.0.0.21:1999;
}

server {
listen 6999;
server_name lb.huangSir-devops.com;

location / {
    proxy_pass http://lb_url;
    #转发客户端请求的域名
    proxy_set_header Host $http_host;
    #记录客户端请求的真实IP地址
    proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
    proxy_set_header X-Real-Ip $remote_addr;
}
}
# nginx -t
nginx: the configuration file /etc/nginx/nginx.conf syntax is ok
nginx: configuration file /etc/nginx/nginx.conf test is successful
# nginx -s reload测试略
随机配置

随机算法会随机选择一个后端服务器来处理请求。这种算法简单且不考虑服务器的负载情况。
随机算法使用random来进行配置
10.0.0.10服务器中操作：
# cat /etc/nginx/conf.d/lb_random.conf
upstream lb_random {
random;
server 10.0.0.20:1999;
server 10.0.0.21:1999;
}

server {
listen 7999;
server_name lb.huangSir-devops.com;

location / {
    proxy_pass http://lb_random;
    #转发客户端请求的域名
    proxy_set_header Host $http_host;
    #记录客户端请求的真实IP地址
    proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
    proxy_set_header X-Real-Ip $remote_addr;
}
}
# nginx -t
nginx: the configuration file /etc/nginx/nginx.conf syntax is ok
nginx: configuration file /etc/nginx/nginx.conf test is successful
# nginx -s reload使用curl命令进行测试，发现符合预期
# curl 10.0.0.10:7999 -H huangSir-devops.com
<h1>10.0.0.20<h1/>
# curl 10.0.0.10:7999 -H huangSir-devops.com
<h1>10.0.0.21<h1/>
# curl 10.0.0.10:7999 -H huangSir-devops.com
<h1>10.0.0.20<h1/>
# curl 10.0.0.10:7999 -H huangSir-devops.com
<h1>10.0.0.21<h1/>
# curl 10.0.0.10:7999 -H huangSir-devops.com
<h1>10.0.0.21<h1/>四层负载均衡实现

Nginx 实现四层负载均衡主要通过其 stream 模块完成。四层负载均衡工作在网络模型的第四层（传输层），基于 IP 地址和端口号进行流量分发，适用于 TCP 和 UDP 协议。
四层负载均衡主要通过报文中的目标地址和端口来分发流量。当 Nginx 接收到客户端的请求时，它会根据配置的负载均衡策略（如轮询、最少连接等），选择一个后端服务器，并将请求直接转发到该服务器。
相关配置

10.0.0.10服务其配置
# cat /etc/nginx/nginx.conf
user www-data;
worker_processes auto;
pid /run/nginx.pid;
include /etc/nginx/modules-enabled/*.conf;

events {
      worker_connections 768;
      # multi_accept on;
}
#配置四层负载均衡
stream {
upstream backend{
    server 10.0.0.20:8848;
    server 10.0.0.21:8848;
}
server {
    listen 9999;
    #四层负载均衡没有http协议
    proxy backend;
    proxy_connect_timeout 1s;
    proxy_timeout 3s;
}

}

http {
#http相关内容
}测试

10.0.0.20和10.0.0.21分别开启8848端口
# apt update -y
# apt install -y netcat
# nc -kl 884810.0.0.10服务器使用telnet或者nc命令进行测试
# echo 'test' | nc 10.0.0.10 9999
# echo 'test' | nc 10.0.0.10 9999
# echo 'test' | nc 10.0.0.10 9999
# echo 'test' | nc 10.0.0.10 9999查看20服务器
# nc -kl 8848
test
test
test查看21服务器
# nc -kl 8848
test
testnginx配置动静分离

在 Nginx 中实现动静分离是一种常见的优化策略，可以提高网站的响应速度并减轻应用服务器的负载。
动静分离是指将动态请求（如 PHP、JSP、ASP 等）和静态请求（如 HTML、CSS、JavaScript、图片等）分开处理。通过这种方式，可以将静态资源直接由 Nginx 提供，而动态请求则转发到后端应用服务器（如 Tomcat、PHP-FPM 等）
其主要实现方式就是用location的匹配规则将动态或者静态的请求转发到相对应的服务器上
配置实现方式

这里给几个案例，就不进行一一测试了
负载均衡案例

#动态组
upstream blog_pools {
server 172.16.1.7:80;
server 172.16.1.8:80;
}

#静态组
upstream static_pools {
server 172.16.1.9:80;
}
server {
listen 80;
server_name huangSir-devops.com;
error_log /var/log/blog-error.log notice;
access_log /var/log/blog-access.log main;

#静态组的转发规则
location ~* \.(jpg|jpeg|bmp|png|js|css|html)$ {
proxy_pass http://static_pools;
proxy_set_header Host $http_host;
proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
proxy_set_header X_Real_Ip $remote_addr;
}
}
#动态组的转发规则
location / {
proxy_pass http://blog_pools;
proxy_set_header Host $http_host;
proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
proxy_set_header X_Real_Ip $remote_addr;
}单个nginx实现动静分离

server {
    listen 80;
    server_name huangSir-devops.com;

    # 静态资源请求
    location ~* \.(jpg|jpeg|png|gif|css|js|ico|html)$ {
      root /var/www/html/static;# 静态资源目录
      expires 30d;# 设置缓存过期时间
    }

    # 动态请求转发到后端应用服务器
    location / {
      proxy_pass http://backend_server;# 后端应用服务器地址
      proxy_set_header Host $host;
      proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
      proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
    }
}
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