Nginx负载均衡（仅学习）

一 特点

1.1 应用情况

Nginx做为一个强大的Web服务器软件，具有高性能、高并发性和低内存占用的特点。此外，其也能够提供强大的反向代理功能。俄罗斯大约有超过20%的虚拟主机采用Nginx作为反向代理服务器,在国内也有腾讯、新浪、网易等多家网站在使用Nginx作为反向代理服务器。据Netcraft统计，世界上繁忙的网站中有11.48%使用Nginx作为其服务器或者代理服务器。基于反向代理的功能，Nginx作为负载均衡主要有以下几点理由：

1. 高并发连接
2. 内存消耗少
3. 配置文件非常简单
4. 成本低廉
5. 支持Rewrite重写规则
6. 内置的健康检查功能
7. 节省带宽
8. 稳定性高

1.2 架构

nginx在启动后，会以daemon的方式在后台运行，后台进程包含一个master进程和多个worker进程。工作进程以非特权用户运行。

master进程主要用来管理worker进程，包含：接收来自外界的信号，向各worker进程发送信号，监控worker进程的运行状态，当worker进程退出后(异常情况下)，会自动重新启动新的worker进程。

worker进程则是处理基本的网络事件。多个worker进程之间是对等的，他们同等竞争来自客户端的请求，各进程互相之间是独立的。一个请求，只可能在一个worker进程中处理，一个worker进程，不可能处理其它进程的请求。

开发模型：epoll和kqueue。

支持的事件机制：kqueue、epoll、rt signals、/dev/poll 、event ports、select以及poll。

支持的kqueue特性包括EV_CLEAR、EV_DISABLE、NOTE_LOWAT、EV_EOF，可用数据的数量，错误代码.

支持sendfile、sendfile64和sendfilev;文件AIO；DIRECTIO;支持Accept-filters和TCP_DEFER_ACCEP.

1.3 性能

Nginx的高并发，官方测试支持5万并发连接。实际生产环境能到2-3万并发连接数。10000个非活跃的HTTP keep-alive 连接仅占用约2.5MB内存。三万并发连接下，10个Nginx进程，消耗内存150M。淘宝tengine团队说测试结果是“24G内存机器上，处理并发请求可达200万”。

二 负载均衡

2.1 协议支持

Nginx工作在网络的7层，可以针对http应用本身来做分流策略。支持七层HTTP、HTTPS协议的负载均衡。对四层协议的支持需要第三方插件-yaoweibin的ngx_tcp_proxy_module实现了tcp upstream。

github.com/yaoweibin/n…

此外，nginx本身也逐渐在完善对其他协议的支持：

• nginx 1.4.0对Websocket和SPDY都做了正式的支持。
• nginx 1.6.0对SPDY 3.1的正式支持
• nginx 1.10.0正式支持HTTP/2

目前，nginx新稳定版为1.10.2，主线开发版本已经到了1.11.5。Tengine新版本则继承到了nginx的1.6.2版本。

2.2 均衡策略

nginx的负载均衡策略可以划分为两大类：内置策略和扩展策略。内置策略包含加权轮询和ip hash，在默认情况下这两种策略会编译进nginx内核，只需在nginx配置中指明参数即可。扩展策略有很多，如fair、通用hash、consistent hash等，默认不编译进nginx内核。

1. 加权轮询（weighted round robin）
   轮询的原理很简单，首先我们介绍一下轮询的基本流程。如下是处理一次请求的流程图：
   

图中有两点需要注意，，如果可以把加权轮询算法分为先深搜索和先广搜索，那么nginx采用的是先深搜索算法，即将首先将请求都分给高权重的机器，直到该机器的权值降到了比其他机器低，才开始将请求分给下一个高权重的机器；第二，当所有后端机器都down掉时，nginx会立即将所有机器的标志位清成初始状态，以避免造成所有的机器都处在timeout的状态，从而导致整个前端被夯住。

1. ip hash
   ip hash是nginx内置的另一个负载均衡的策略，流程和轮询很类似，只是其中的算法和具体的策略有些变化，如下图所示：
   

ip hash算法的核心实现如下：

for(i = 0;i < 3;i++){hash = (hash * 113 + iphp->addr[i]) % 6271;}p = hash % iphp->rrp.peers->number;