1 介绍
负载均衡是指有效的通过多个后端服务器分发网络流量。
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Nginx能代理和负载均衡TCP、UDP通信。TCP（传输控制协议）、UDP（用户数据包协议）是许多流行应用程序和服务的协议，例如LDAP、MySQL和RTMP使用TCP协议，DNS、syslog和RADIUS。
2 需要
使用--with-stream配置标记构建最新Nginx，或最新的Nginx+（不需要额外构建步骤）
应用程序、数据库或服务基于TCP或UDP通信
Upstream服务器运行相同的应用程序、数据库或服务实例
3 配置反向代理
首先，你需要配置反向代理，因此，Nginx转发来自客户端的TCP连接或UDP数据包到upstream组或一个代理服务器。
打开Nginx配置文件并执行以下步骤：
创建顶级stream {}块
stream {
...
}
在顶级stream {}上下文中为每个虚拟主机定义一个或多个server {}配置块。
在每个server {}配置块中包括listen指令定义服务器监听的IP地址和/或端口。对于UDP通信，也包括udp参数。TCP是stream上下文的默认协议：
stream {
server {
listen 12345;
...
}
server {
listen 53 udp;
...
}
...
}
包括proxy_pass指令定义代理服务器或upstream组
stream {
server {
listen 12345;
proxy_pass stream_backend;
}
server {
listen 12346;
proxy_pass backend.example.com:12346;
}
server {
listen 53 udp;
proxy_pass dns_servers;
}
...
}
可选，如果你的代理服务器多个网络接口，你能配置Nginx选择源IP地址连接到upstream服务器。代理服务器在Nginx后面配置为从特定IP网络或IP地址范围接收连接是有用的。
指定proxy_bind指令和必要的网络接口的IP地址：
stream {
...
server {
listen 127.0.0.1:12345;
proxy_pass backend.example.com:12345;
proxy_bind 127.0.0.1:12345;
}
}
可选，你能调整两个内存缓存，Nginx能从客户端和upstream连接放入数据。如果有一个体积小的数据，减少缓存可以节约内存资源。如果有大量数据，增加缓存大小减少套接字读写操作次数。一旦在一个连接接收到数据，Nginx读取它并在其它连接转发。缓存使用proxy_buffer_size指令控制：
stream {
...
server {
listen 127.0.0.1:12345;
proxy_pass backend.example.com:12345;
proxy_buffer_size 16k;
}
}
4 配置TCP和UDP负载均衡
为了配置负载均衡：
1、创建服务器组，或upstream组将负载均衡通信。定义一个或多个upstream {}配置块在顶级steam {}上下文，设置upstream组的名字，例如，TCP服务器steam_backed和UDP服务器dns_servers：
stream {
upstream stream_backend {
...
}
upstream dns_servers {
...
}
...
}
2、在upstream组中填充upstream服务器。upstream {}块中，为每个upstream服务器添加server指令，指定IP地址或主机名（解析多个IP地址）和必须的端口号。
stream {
upstream stream_backend {
server backend1.example.com:12345;
server backend2.example.com:12345;
server backend3.example.com:12346;
...
}
upstream dns_servers {
server 192.168.136.130:53;
server 192.168.136.131:53;
...
}
...
}
3、配置负载均衡方法
round-robin（轮询）——默认，Nginx使用轮询算法负载均衡通信。因为是默认方法，所以没有round-robin指令；只创建upstream配置块在顶级stream上下文并像之前步骤添加server指令。
last_conn（最少连接）——Nginx选择当前活跃连接数较少的服务器。
least_tome——Nginx选择低平均延迟和最少活跃连接的服务器。低活跃连接基于least_time指令的以下参数计算：
connect——连接upstream服务器的时间
first_byte——接收第一个数据字节的时间
last_byte——从服务器接收完整响应的时间
upstream stream_backend {
least_time first_byte;
server backend1.example.com:12345;
server backend2.example.com:12345;
server backend3.example.com:12346;
}
hash——Nginx基于用户定义键选择服务器，例如，源IP地址
upstream stream_backend {
hash $remote_addr;
server backend1.example.com:12345;
server backend2.example.com:12345;
server backend3.example.com:12346;
}
hash负载均衡方法也用于配置回话持久化。哈希函数基于客户端IP地址，来自指定客户端的连接总是传递给相同的服务器，除非服务器宕机或不可用。指定一个可选的consistent参数应用ketama一致性哈希方法
hash $remote_addr consistent;
4、可选，指定连接数、服务器权重等
upstream stream_backend {
hash $remote_addr consistent;
server backend1.example.com:12345 weight=5;
server backend2.example.com:12345;
server backend3.example.com:12346 max_conns=3;
}
upstream dns_servers {
least_conn;
server 192.168.136.130:53;
server 192.168.136.131:53;
...
}
如果你通过主机名标识服务器，配置主机名解析多个IP地址，然后Nginx通过IP地址使用轮询算法负载均衡。在这种情况下，你必须在proxy_pass指令中指定服务器的端口号，不必指定协议：
stream {
...
server {
listen 12345;
proxy_pass backend.example.com:12345;
}
}
5 被动健康检查
如果试图连接upstream服务器超时或出错，Nginx标记服务器为不可用并在指定时间内停止发送请求给该服务器。为了定义不可用条件，包括以下参数到server指令：
fail_timeout——同Nginx负载均衡章节
max_fails——同Nginx负载均衡章节
fail_timeout默认为10秒，max_fails默认为1次。因此，如果连接10秒内尝试至少一次失败，Nginx标记服务器10秒内不可用。
upstream stream_backend {
server backend1.example.com:12345 weight=5;
server backend2.example.com:12345 max_fails=2 fail_timeout=30s;
server backend3.example.com:12346 max_conns=3;
}
6 主动健康检查
健康检查能配置测试广范围的错误类型。例如，Nginx能不断测试upstream服务器的响应能力并避免服务器故障。
6.1 工作原理
Nginx发送特定健康检查请求到每个upstream服务器并检查响应满足某一条件。如果不能连接到服务器，那么健康检查失败，服务器不健康。Nginx不代理客户端连接到不健康的服务器。如果多个健康检查定义在服务器组中，相应服务器的任意一个检查不通过该服务器都是不健康的。
6.2 预备条件
你在stream上下文中配置upstream服务器组
stream {
upstream stream_backend {
server backend1.example.com:12345;
server backend2.example.com:12345;
server backend3.example.com:12345;
}
}
你配置一台服务器传递通信（在这种情况下，是TCP连接）到服务器组
server {
listen 12345;
proxy_pass stream_backend;
}
6.3 基础配置
指定共享内存区域
stream {
upstream stream_backend {
zone stream_backend 64k;
server backend1.example.com:12345;
server backend2.example.com:12345;
server backend3.example.com:12345;
}
}
启用健康检查
server {
listen 12345;
proxy_pass stream_backend;
health_check;
health_check_timeout5s;
}
health_check指令启用健康检查功能，health_check_timeout覆盖健康检查的proxy_timeout。
为了启用健康检查UDP通信，为health_check指令指定udp参数：
server {
listen 5053;
proxy_pass dns_servers;
health_check udp;
health_check_timeout 5s;
}
6.4 健康检查调优
默认，Nginx尝试每5秒连接upstream服务器组中的每台服务器。如果不能建立连接，Nginx认为健康检查失败，标记为不健康，停止转发客户端连接到服务器。
为了改变默认行为，包括参数到health_check指令：
interval——Nginx多久发送一次健康检查请求（默认5秒）
passes——服务器连续多少次响应健康检查认为是健康（默认是1次）
fails——服务器连续多少次健康检查失败认为是不健康（默认是1次）
server {
listen 12345;
proxy_pass stream_backend;
health_check interval=10 passes=2 fails=3;
}
在例子中，TCP健康检查时间间隔增加到10秒，服务器认为连续3次健康检查失败是不健康，服务器需要连续2次通过健康检查才再次认为是健康的。
默认，Nginx发送健康检查消息给upstream块中的server指令的特定端口。你能指定其它的健康检查端口，当许多服务在相同主机检查健康时非常有用。为了覆盖端口，指定health_check指令的port参数：
server {
listen 12345;
proxy_pass stream_backend;
health_check port=8080;
}
6.5 使用match配置块调优健康检查
你能通过配置大量健康检查测试验证服务响应。这些测试放置在stream{}上下文中的match {}配置块。指定match {}块并设置它的名字，例如，tcp_test：
stream {
...
match tcp_test {
...
}
}
然后在health_check指令包括match参数和match块相同名称引用块：
stream {
server {
listen 12345;
health_check match=tcp_test;
proxy_pass stream_backend;
}
}
健康检查的条件或测试使用send和expect参数设置：
send——发送给服务器文本字符串或十六进制字符（“/x”后面跟两个十六进制数字） expect——服务器返回的数据匹配的字符串货正则表达式
这些参数能用于不同的组合，但不能同时制定超过一个send和一个expect参数。参数配置也依赖于使用（TCP或UDP）的协议。
6.5.1 调优TCP健康检查
为了调优TCP健康检查，你能组合send和expect参数：
如果没有send或expect参数指定，测试连接服务器能力。
如果expect参数被指定，服务器期望无条件发送数据：
match pop3 {
expect ~* "+OK";
}
如果send参数指定，它期望连接将成功建立并指定字符串发送给服务器：
match pop_quit {
send QUIT;
}
如果send和expect参数被指定
stream {
upstream stream_backend {
zone upstream_backend 64k;
server backend1.example.com:12345;
}
match http {
send "GET / HTTP/1.0rnHost: localhostrnrn";
expect ~* "200 OK";
}
server {
listen 12345;
health_check match=http;
proxy_pass stream_backend;
}
}
例子显示为了健康检查传入，HTTP请求必须发送到服务器，并期望服务器结果包含”200 OK”表示HTTP响应成功。
6.5.2 UDP健康检查调优
为了调优UDP健康检查，你应该指定send和expect参数：
NTP例子
match ntp {
send xe3x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00;
expect ~* x24;
}
DNS例子
match dns {
send x00x2ax00x00x00x01x00x00x00x00x00x00x03x73x74x6cx04x75x6dx73x6cx03x65x64x75x00x00x01x00x01;
expect ~* "health.is.good";
}
7 动态配置
Upstream服务器组能容易使用简单的HTTP接口重新动态配置。使用该接口，你能浏览所有服务器在upstream组或特定服务器，修改服务器参数，并添加或删除upstream服务器。
为了启用动态配置：
创建顶级http {}块或确保在你的配置文件中存在
http {
...
}
创建配置请求的location，例如，upstream_conf。
http {
server {
location /upstream_conf {
...
}
}
}
在该location中指定upstream_conf指令——一个能用于解释和重新配置upstream组的处理器
http {
server {
location /upstream_conf {
upstream_conf;
...
}
}
}
限制该location的访问
http {
server {
location /upstream_conf {
upstream_conf;
allow 127.0.0.1;
deny all;
}
}
}
创建共享内存区域
stream {
upstream stream_backend {
zone backend 64k;
...
}
}
7.1 动态配置例子
stream {
...
upstream appservers {
zone appservers 64k;
server appserv1.example.com:12345 weight=5;
server appserv2.example.com:12345 fail_timeout=5s;
server backup1.example.com:12345 backup;
server backup2.example.com:12345 backup;
}
server {
proxy_pass appservers;
health_check;
}
}
http {
...
server {
location /upstream_conf {
upstream_conf;
allow 127.0.0.1;
deny all;
}
}
}
浏览所有备机
http://127.0.0.1/upstream_conf?stream=&upstream=appservers&backup=
添加新服务器到服务器组
http://127.0.0.1/upstream_conf?stream=&add=&upstream=appservers&server=appserv3.example.com:12345&weight=2&max_fails=3
从服务器组删除服务器
http://127.0.0.1/upstream_conf?stream=&remove=&upstream=appservers&id=2
修改指定服务器
http://127.0.0.1/upstream_conf?stream=&upstream=appservers&id=2&down=
8 TCP和UDP负载均衡配置例子
stream {
upstream stream_backend {
least_conn;
server backend1.example.com:12345 weight=5;
server backend2.example.com:12345 max_fails=2 fail_timeout=30s;
server backend3.example.com:12346 max_conns=3;
}
upstream dns_servers {
least_conn;
server 192.168.136.130:53;
server 192.168.136.131:53;
server 192.168.136.132:53;
}
server {
listen 12345;
proxy_pass backend;
proxy_timeout 3s;
proxy_connect_timeout 1s;
}
server {
listen 53 udp;
proxy_pass dns_servers;
}
server {
listen 12346;
proxy_pass backend.example.com:12346;
}
}
