负载均衡与反向代理（Nginx/OpenResty）

我们使用Nginx时，大多数场景下使用的都是七层的HTTP负载均衡(ngx_http_upstream_module)。在1.9.0版本以后，Nginx也开始支持TCP(ngx_stream_upstream_module)四层负载均衡。

四层/七层负载均衡的区别

四层负载均衡，就是基于IP+端口的负载均衡(TCP/UDP)。七层负载均衡，就是基于URL等应用层协议(HTTP)的负载均衡。熟悉网络分层协议的同学就很容易推理到，还会有基于MAC地址的二层负载均衡和基于IP地址的三层负载均衡。二层负载均衡会通过一个虚拟的MAC地址接收请求，然后再分配到真实的MAC地址上去。三层负载均衡会通过一个VIP(虚拟IP)接收请求，然后再分配到真实的IP上去。四层负载均衡会通过IP+端口接收请求，然后再分配到真实的服务器。七层负载均衡通过虚拟的URL或者HOST接收请求，然后再分配到真实的服务器上去。

所谓的四层到七层的负载均衡，就是依据四层及以下、七层及以下的信息来决定如何转发。比如四层的负载均衡，就是利用三层的VIP，然后加上四层的端口号，来决定流量如何来进行负载均衡。

对于负载均衡我们需要关注以下几点：

• 上游服务器配置：使用upstream server配置上游服务器。
• 负载均衡算法：配置多个上游服务器的负载均衡机制。
• 失败重试机制：配置当超时或者上游服务器不存活时，是否需要重试其他服务器。
• 服务器心跳检查：上游服务器的健康检查/心跳检查。

upstream 配置

upstream就是真实处理业务的服务器，upstream在http指令下：

upstream backend { 
 server 192.168.0.1:8080 weight=1; 
 server 192.168.0.2:8080 weight=2; 
} 

upstream server 的配置如下：

• IP地址和端口：配置上游服务器的IP地址和端口;
• 权重：weight用来配置权重，默认1。权重越大，分发的请求越多。如上所示：3个请求：1个到192.168.0.1，2个到192.168.0.2。

配置完上游服务器(upstream)之后，就要配置proxy_pass来处理用户请求。

location / { 
 proxy_pass http://backend; 
} 

负载均衡算法

负载均衡策略用来解决请求到来时，如何选择upstream server进行处理，默认采用的是round-robin(轮询)。

• round-robin：轮询，默认负载均衡算法，通过配合weight配置实现基于权重的轮询。
• ip_hash：根据客户IP进行负载均衡，相同的IP会被负载均衡到同一个upstream，配置如下：

upstream backend { 
 ip_hash; 
 server 192.168.0.1:8080 weight=1; 
 server 192.168.0.2:8080 weight=2; 
} 

• hash_key [consistent]：对于一个key进行hash或者使用一致性哈希算法进行负载均衡。Hash算法存在的问题是：当增加/删除一台服务器时，将导致很多key被重新负载均衡到不同的服务器。从而有可能导致用户访问出问题。因此可以考虑一致性哈希，服务器横向扩展时，只有少部分机器会被重新分配。
• 哈希算法：此处是根据uri进行负载均衡，可以使用Nginx变量，从而实现复杂的算法。

upstream backend { 
 hash $uri; 
 server 192.168.0.1:8080 weight=1; 
 server 192.168.0.2:8080 weight=2; 
} 

一致性哈希算法：consistent_key动态指定。

upstream nginx_local_server { 
 hash $consistent_key consistent; 
 server 192.168.0.1:8080 weight=1; 
 server 192.168.0.2:8080 weight=2; 
} 

下面看一下根据参数cat(类目)，做的稍微复杂一点的负载均衡：

location / { 
 set $consistent_key $arg_cat; 
 if ($consistent_key = " ") { 
 set $consistent_key $request_uri; 
 } 
} 

而在实际使用过程中，更多的是使用Lua脚本进行处理。

set_by_lua_file $consistent_key "lua_balancing.lua"; 

lua_balancing.lua

local consistent_key = args.cat 
if not consistent_key or consistent_key == '' then 
 consistent_key = ngx_var.request_uri 
end 
local value = balancing_cache:get(consistent_key) 
if not value then 
 success, err = balancing_cache:set(consistent_key, 1, 60) 
else 
 newval, err = balancing_cache:incr(consistent_key, 1) 
end 

（编辑：威海站长网）

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