【Nginx】面試官：給我講講Nginx如何實現(xiàn)四層負載均衡？

寫在前面

這次又被問到Nginx四層負載均衡的問題了，別慌，我們一起來細細分析這個看似簡單的問題。

負載均衡可以分為靜態(tài)負載均衡和動態(tài)負載均衡，接下來，我們就一起來分析下Nginx如何實現(xiàn)四層靜態(tài)負載均衡和四層動態(tài)負載均衡。

靜態(tài)負載均衡

Nginx的四層靜態(tài)負載均衡需要啟用ngx_stream_core_module模塊，默認情況下，ngx_stream_core_module是沒有啟用的，需要在安裝Nginx時，添加--with-stream配置參數(shù)啟用，如下所示。

./configure --prefix=/usr/local/nginx-1.17.2 --with-openssl=/usr/local/src/openssl-1.0.2s --with-pcre=/usr/local/src/pcre-8.43 --with-zlib=/usr/local/src/zlib-1.2.11 --with-http_realip_module --with-http_stub_status_module --with-http_ssl_module --with-http_flv_module --with-http_gzip_static_module --with-cc-opt=-O3 --with-stream  --with-http_ssl_module

配置四層負載均衡

配置HTTP負載均衡時，都是配置在http指令下，配置四層負載均衡，則是在stream指令下，結構如下所示.

stream {
 upstream mysql_backend {
  ......
 }
 server {
  ......
 }
}

配置upstream

upstream mysql_backend {
 server 192.168.175.201:3306 max_fails=2 fail_timeout=10s weight=1;
 server 192.168.175.202:3306 max_fails=2 fail_timeout=10s weight=1;
 least_conn;
}

配置server

server { #監(jiān)聽端口，默認使用的是tcp協(xié)議，如果需要UDP協(xié)議，則配置成listen 3307 udp; listen 3307; #失敗重試 proxy_next_upstream on;
 proxy_next_upstream_timeout 0;
 proxy_next_upstream_tries 0; #超時配置 #配置與上游服務器連接超時時間，默認60s proxy_connect_timeout 1s; #配置與客戶端上游服務器連接的兩次成功讀/寫操作的超時時間，如果超時，將自動斷開連接 #即連接存活時間，通過它可以釋放不活躍的連接，默認10分鐘 proxy_timeout 1m; #限速配置 #從客戶端讀數(shù)據(jù)的速率，單位為每秒字節(jié)數(shù)，默認為0，不限速 proxy_upload_rate 0; #從上游服務器讀數(shù)據(jù)的速率，單位為每秒字節(jié)數(shù)，默認為0，不限速 proxy_download_rate 0; #上游服務器 proxy_pass mysql_backend;
}

配置完之后，就可以連接Nginx的3307端口，訪問數(shù)據(jù)庫了。

Nginx完整配置

完整的Nginx配置如下：

user  hadoop hadoop;
worker_processes  auto;
 
error_log  logs/error.log; #error_log  logs/error.log  notice; #error_log  logs/error.log  info; #pid        logs/nginx.pid; events {
 use epoll;
    worker_connections  1024;
}
 
stream {
 upstream mysql_backend {
  server 192.168.175.100:3306 max_fails=2 fail_timeout=10s weight=1;
  least_conn;
 }
 server { #監(jiān)聽端口，默認使用的是tcp協(xié)議，如果需要UDP協(xié)議，則配置成listen 3307 udp; listen 3307; #失敗重試 proxy_next_upstream on;
  proxy_next_upstream_timeout 0;
  proxy_next_upstream_tries 0; #超時配置 #配置與上游服務器連接超時時間，默認60s proxy_connect_timeout 1s; #配置與客戶端上游服務器連接的兩次成功讀/寫操作的超時時間，如果超時，將自動斷開連接 #即連接存活時間，通過它可以釋放不活躍的連接，默認10分鐘 proxy_timeout 1m; #限速配置 #從客戶端讀數(shù)據(jù)的速率，單位為每秒字節(jié)數(shù)，默認為0，不限速 proxy_upload_rate 0; #從上游服務器讀數(shù)據(jù)的速率，單位為每秒字節(jié)數(shù)，默認為0，不限速 proxy_download_rate 0; #上游服務器 proxy_pass mysql_backend;
 }
}

動態(tài)負載均衡

配置Nginx四層靜態(tài)負載均衡后，重啟Nginx時，Worker進程一直不退出，會報錯，如下所示。

nginx: worker process is shutting down;

這是因為Worker進程維持的長連接一直在使用，所以無法退出，只能殺掉進程?？梢允褂肗ginx的四層動態(tài)負載均衡解決這個問題。

使用Nginx的四層動態(tài)負載均衡有兩種方案：使用商業(yè)版的Nginx和使用開源的nginx-stream-upsync-module模塊。注意：四層動態(tài)負載均衡可以使用nginx-stream-upsync-module模塊，七層動態(tài)負載均衡可以使用nginx-upsync-module模塊。

使用如下命令為Nginx添加nginx-stream-upsync-module模塊和nginx-upsync-module模塊，此時，Nginx會同時支持四層動態(tài)負載均衡和HTTP七層動態(tài)負載均衡。

git clone https://github.com/xiaokai-wang/nginx-stream-upsync-module.git
git clone https://github.com/weibocom/nginx-upsync-module.git
git clone https://github.com/CallMeFoxie/nginx-upsync.git
cp -r nginx-stream-upsync-module/* nginx-upsync/nginx-stream-upsync-module/
cp -r nginx-upsync-module/* nginx-upsync/nginx-upsync-module/
 
./configure --prefix=/usr/local/nginx-1.17.2 --with-openssl=/usr/local/src/openssl-1.0.2s --with-pcre=/usr/local/src/pcre-8.43 --with-zlib=/usr/local/src/zlib-1.2.11 --with-http_realip_module --with-http_stub_status_module --with-http_ssl_module --with-http_flv_module --with-http_gzip_static_module --with-cc-opt=-O3 --with-stream --add-module=/usr/local/src/nginx-upsync --with-http_ssl_module

配置四層負載均衡

配置HTTP負載均衡時，都是配置在http指令下，配置四層負載均衡，則是在stream指令下，結構如下所示，

stream {
 upstream mysql_backend {
  ......
 }
 server {
  ......
 }
}

配置upstream

upstream mysql_backend {
 server 127.0.0.1:1111; #占位server upsync 192.168.175.100:8500/v1/kv/upstreams/mysql_backend upsync_timeout=6m upsync_interval=500ms upsync_type=consul strong_dependency=off;
 upsync_dump_path /usr/local/nginx-1.17.2/conf/mysql_backend.conf;
}

• upsync指令指定從consul哪個路徑拉取上游服務器配置；
• upsync_timeout配置從consul拉取上游服務器配置的超時時間；
• upsync_interval配置從consul拉取上游服務器配置的間隔時間；
• upsync_type指定使用consul配置服務器；
• strong_dependency配置nginx在啟動時是否強制依賴配置服務器，如果配置為on，則拉取配置失敗時Nginx啟動同樣失敗。
• upsync_dump_path指定從consul拉取的上游服務器后持久化到的位置，這樣即使consul服務器出現(xiàn)問題，本地還有一個備份。

配置server

server { #監(jiān)聽端口，默認使用的是tcp協(xié)議，如果需要UDP協(xié)議，則配置成listen 3307 udp; listen 3307; #失敗重試 proxy_next_upstream on;
 proxy_next_upstream_timeout 0;
 proxy_next_upstream_tries 0; #超時配置 #配置與上游服務器連接超時時間，默認60s proxy_connect_timeout 1s; #配置與客戶端上游服務器連接的兩次成功讀/寫操作的超時時間，如果超時，將自動斷開連接 #即連接存活時間，通過它可以釋放不活躍的連接，默認10分鐘 proxy_timeout 1m; #限速配置 #從客戶端讀數(shù)據(jù)的速率，單位為每秒字節(jié)數(shù)，默認為0，不限速 proxy_upload_rate 0; #從上游服務器讀數(shù)據(jù)的速率，單位為每秒字節(jié)數(shù)，默認為0，不限速 proxy_download_rate 0; #上游服務器 proxy_pass mysql_backend;
}

從Consul添加上游服務器

curl -X PUT -d "{\"weight\":1, \"max_fails\":2, \"fail_timeout\":10}" http://192.168.175.100:8500/v1/kv/upstreams/mysql_backend/192.168.175.201:3306
curl -X PUT -d "{\"weight\":1, \"max_fails\":2, \"fail_timeout\":10}" http://192.168.175.100:8500/v1/kv/upstreams/mysql_backend/192.168.175.202:3306

從Consul刪除上游服務器

curl -X DELETE http://192.168.175.100:8500/v1/kv/upstreams/mysql_backend/192.168.175.202:3306

配置upstream_show

server {
 listen 13307;
 upstream_show;
}

配置upstream_show指令后，可以通過curl http://192.168.175.100:13307/upstream_show查看當前動態(tài)負載均衡上游服務器列表。

Nginx完整配置

Nginx的完整配置如下：

user  hadoop hadoop;
worker_processes  auto;
 
error_log  logs/error.log; #error_log  logs/error.log  notice; #error_log  logs/error.log  info; #pid        logs/nginx.pid; events {
 use epoll;
    worker_connections  1024;
}
 
stream {
 upstream mysql_backend {
  server 127.0.0.1:1111; #占位server upsync 192.168.175.100:8500/v1/kv/upstreams/mysql_backend upsync_timeout=6m upsync_interval=500ms upsync_type=consul strong_dependency=off;
  upsync_dump_path /usr/local/nginx-1.17.2/conf/mysql_backend.conf;
 }
 server { #監(jiān)聽端口，默認使用的是tcp協(xié)議，如果需要UDP協(xié)議，則配置成listen 3307 udp; listen 3307; #失敗重試 proxy_next_upstream on;
  proxy_next_upstream_timeout 0;
  proxy_next_upstream_tries 0; #超時配置 #配置與上游服務器連接超時時間，默認60s proxy_connect_timeout 1s; #配置與客戶端上游服務器連接的兩次成功讀/寫操作的超時時間，如果超時，將自動斷開連接 #即連接存活時間，通過它可以釋放不活躍的連接，默認10分鐘 proxy_timeout 1m; #限速配置 #從客戶端讀數(shù)據(jù)的速率，單位為每秒字節(jié)數(shù)，默認為0，不限速 proxy_upload_rate 0; #從上游服務器讀數(shù)據(jù)的速率，單位為每秒字節(jié)數(shù)，默認為0，不限速 proxy_download_rate 0; #上游服務器 proxy_pass mysql_backend;
 }
 server {
  listen 13307;
  upstream_show;
 }
}