Nginx TCP和UDP負載均衡
1 介紹
負載均衡是指有效的經過多個後端服務器分發網絡流量。正則表達式
Nginx能代理和負載均衡TCP、UDP通訊。TCP（傳輸控制協議）、UDP（用戶數據包協議）是許多流行應用程序和服務的協議，例如LDAP、MySQL和RTMP使用TCP協議，DNS、syslog和RADIUS。算法
2 須要
-
使用--with-stream配置標記構建最新Nginx，或最新的Nginx+（不須要額外構建步驟）數據庫
-
應用程序、數據庫或服務基於TCP或UDP通訊後端
-
Upstream服務器運行相同的應用程序、數據庫或服務實例緩存
3 配置反向代理
首先，你須要配置反向代理，所以，Nginx轉發來自客戶端的TCP鏈接或UDP數據包到upstream組或一個代理服務器。服務器
打開Nginx配置文件並執行如下步驟：網絡
-
建立頂級stream {}塊app
stream {負載均衡
...tcp
}
在頂級stream {}上下文中爲每一個虛擬主機定義一個或多個server {}配置塊。
-
在每一個server {}配置塊中包括listen指令定義服務器監聽的IP地址和/或端口。對於UDP通訊，也包括udp參數。TCP是stream上下文的默認協議：
stream {
server {
listen 12345;
...
}
server {
listen 53 udp;
...
}
...
}
- 包括proxy_pass指令定義代理服務器或upstream組
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;
}
...
}
- 可選，若是你的代理服務器多個網絡接口，你能配置Nginx選擇源IP地址鏈接到upstream服務器。代理服務器在Nginx後面配置爲從特定IP網絡或IP地址範圍接收鏈接是有用的。
指定proxy_bind指令和必要的網絡接口的IP地址：
stream {
...
server {
listen 127.0.0.1:12345;
proxy_pass backend.example.com:12345;
proxy_bind 127.0.0.1:12345;
}
}
- 可選，你能調整兩個內存緩存，Nginx能從客戶端和upstream鏈接放入數據。若是有一個體積小的數據，減小緩存能夠節約內存資源。若是有大量數據，增長緩存大小減小套接字讀寫操做次數。一旦在一個鏈接接收到數據，Nginx讀取它並在其它鏈接轉發。緩存使用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負載均衡
爲了配置負載均衡：
一、建立服務器組，或upstream組將負載均衡通訊。定義一個或多個upstream {}配置塊在頂級steam {}上下文，設置upstream組的名字，例如，TCP服務器steam_backed和UDP服務器dns_servers：
stream {
upstream stream_backend {
...
}
upstream dns_servers {
...
}
...
}
二、在upstream組中填充upstream服務器。upstream {}塊中，爲每一個upstream服務器添加server指令，指定IP地址或主機名（解析多個IP地址）和必須的端口號。
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;
...
}
...
}
三、配置負載均衡方法
-
round-robin（輪詢）——默認，Nginx使用輪詢算法負載均衡通訊。由於是默認方法，因此沒有round-robin指令；只建立upstream配置塊在頂級stream上下文並像以前步驟添加server指令。
-
last_conn（最少鏈接）——Nginx選擇當前活躍鏈接數較少的服務器。
-
least_tome——Nginx選擇最低平均延遲和最少活躍鏈接的服務器。最低活躍鏈接基於least_time指令的如下參數計算：
-
connect——鏈接upstream服務器的時間
-
first_byte——接收第一個數據字節的時間
-
last_byte——從服務器接收完整響應的時間
-
upstream stream_backend {
least_time first_byte;
server backend1.example.com:12345;
server backend2.example.com:12345;
server backend3.example.com:12346;
}
- hash——Nginx基於用戶定義鍵選擇服務器，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負載均衡方法也用於配置回話持久化。哈希函數基於客戶端IP地址，來自指定客戶端的鏈接老是傳遞給相同的服務器，除非服務器宕機或不可用。指定一個可選的consistent參數應用ketama一致性哈希方法
hash $remote_addr consistent;
四、可選，指定最大鏈接數、服務器權重等
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;
...
}
若是你經過主機名標識服務器，配置主機名解析多個IP地址，而後Nginx經過IP地址使用輪詢算法負載均衡。在這種狀況下，你必須在proxy_pass指令中指定服務器的端口號，沒必要指定協議：
stream {
...
server {
listen 12345;
proxy_pass backend.example.com:12345;
}
}
5 被動健康檢查
若是試圖鏈接upstream服務器超時或出錯，Nginx標記服務器爲不可用並在指定時間內中止發送請求給該服務器。爲了定義不可用條件，包括如下參數到server指令：
-
fail_timeout——同Nginx負載均衡章節
-
max_fails——同Nginx負載均衡章節
fail_timeout默認爲10秒，max_fails默認爲1次。所以，若是鏈接10秒內嘗試至少一次失敗，Nginx標記服務器10秒內不可用。
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 主動健康檢查
健康檢查能配置測試廣範圍的錯誤類型。例如，Nginx能不斷測試upstream服務器的響應能力並避免服務器故障。
6.1 工做原理
Nginx發送特定健康檢查請求到每一個upstream服務器並檢查響應知足某一條件。若是不能鏈接到服務器，那麼健康檢查失敗，服務器不健康。Nginx不代理客戶端鏈接到不健康的服務器。若是多個健康檢查定義在服務器組中，相應服務器的任意一個檢查不經過該服務器都是不健康的。
6.2 預備條件
-
你在stream上下文中配置upstream服務器組
stream {
upstream stream_backend {
server backend1.example.com:12345;
server backend2.example.com:12345;
server backend3.example.com:12345;
}
}
- 你配置一臺服務器傳遞通訊（在這種狀況下，是TCP鏈接）到服務器組
server {
listen 12345;
proxy_pass stream_backend;
}
6.3 基礎配置
-
指定共享內存區域
stream {
upstream stream_backend {
zone stream_backend 64k;
server backend1.example.com:12345;
server backend2.example.com:12345;
server backend3.example.com:12345;
}
}
- 啓用健康檢查
server {
listen 12345;
proxy_pass stream_backend;
health_check;
health_check_timeout 5s;
}
health_check指令啓用健康檢查功能，health_check_timeout覆蓋健康檢查的proxy_timeout。
爲了啓用健康檢查UDP通訊，爲health_check指令指定udp參數：
server {
listen 5053;
proxy_pass dns_servers;
health_check udp;
health_check_timeout 5s;
}
6.4 健康檢查調優
默認，Nginx嘗試每5秒鏈接upstream服務器組中的每臺服務器。若是不能創建鏈接，Nginx認爲健康檢查失敗，標記爲不健康，中止轉發客戶端鏈接到服務器。
爲了改變默認行爲，包括參數到health_check指令：
-
interval——Nginx多久發送一次健康檢查請求（默認5秒）
-
passes——服務器連續多少次響應健康檢查認爲是健康（默認是1次）
-
fails——服務器連續多少次健康檢查失敗認爲是不健康（默認是1次）
server {
listen 12345;
proxy_pass stream_backend;
health_check interval=10 passes=2 fails=3;
}
在例子中，TCP健康檢查時間間隔增長到10秒，服務器認爲連續3次健康檢查失敗是不健康，服務器須要連續2次經過健康檢查纔再次認爲是健康的。
默認，Nginx發送健康檢查消息給upstream塊中的server指令的特定端口。你能指定其它的健康檢查端口，當許多服務在相同主機檢查健康時很是有用。爲了覆蓋端口，指定health_check指令的port參數：
server {
listen 12345;
proxy_pass stream_backend;
health_check port=8080;
}
6.5 使用match配置塊調優健康檢查
你能經過配置大量健康檢查測試驗證服務響應。這些測試放置在stream{}上下文中的match {}配置塊。指定match {}塊並設置它的名字，例如，tcp_test：
stream {
...
match tcp_test {
...
}
}
而後在health_check指令包括match參數和match塊相同名稱引用塊：
stream {
server {
listen 12345;
health_check match=tcp_test;
proxy_pass stream_backend;
}
}
健康檢查的條件或測試使用send和expect參數設置：
- send——發送給服務器文本字符串或十六進制字符（「/x」後面跟兩個十六進制數字）
- expect——服務器返回的數據匹配的字符串貨正則表達式
這些參數能用於不一樣的組合，但不能同時制定超過一個send和一個expect參數。參數配置也依賴於使用（TCP或UDP）的協議。
6.5.1 調優TCP健康檢查
爲了調優TCP健康檢查，你能組合send和expect參數：
-
若是沒有send或expect參數指定，測試鏈接服務器能力。
-
若是expect參數被指定，服務器指望無條件發送數據：
match pop3 {
expect ~* "\+OK";
}
- 若是send參數指定，它指望鏈接將成功創建並指定字符串發送給服務器：
match pop_quit {
send QUIT;
}
- 若是send和expect參數被指定
stream {
upstream stream_backend {
zone upstream_backend 64k;
server backend1.example.com:12345;
}
match http {
send "GET / HTTP/1.0\r\nHost: localhost\r\n\r\n";
expect ~* "200 OK";
}
server {
listen 12345;
health_check match=http;
proxy_pass stream_backend;
}
}
例子顯示爲了健康檢查傳入，HTTP請求必須發送到服務器，並指望服務器結果包含」200 OK」表示HTTP響應成功。
6.5.2 UDP健康檢查調優
爲了調優UDP健康檢查，你應該指定send和expect參數：
-
NTP例子
match ntp {
send \xe3\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00;
expect ~* \x24;
}
- DNS例子
match dns {
send \x00\x2a\x00\x00\x00\x01\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x03\x73\x74\x6c\x04\x75\x6d\x73\x6c\x03\x65\x64\x75\x00\x00\x01\x00\x01;
expect ~* "health.is.good";
}
7 動態配置
Upstream服務器組能容易使用簡單的HTTP接口從新動態配置。使用該接口，你能瀏覽全部服務器在upstream組或特定服務器，修改服務器參數，並添加或刪除upstream服務器。
爲了啓用動態配置：
-
建立頂級http {}塊或確保在你的配置文件中存在
http {
...
}
- 建立配置請求的location，例如，upstream_conf。
http {
server {
location /upstream_conf {
...
}
}
}
- 在該location中指定upstream_conf指令——一個能用於解釋和從新配置upstream組的處理器
http {
server {
location /upstream_conf {
upstream_conf;
...
}
}
}
- 限制該location的訪問
http {
server {
location /upstream_conf {
upstream_conf;
allow 127.0.0.1;
deny all;
}
}
}
- 建立共享內存區域
stream {
upstream stream_backend {
zone backend 64k;
...
}
}
7.1 動態配置例子
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;
}
}
}
- 瀏覽全部備機
http://127.0.0.1/upstream_conf?stream=&upstream=appservers&backup=
- 添加新服務器到服務器組
http://127.0.0.1/upstream_conf?stream=&add=&upstream=appservers&server=appserv3.example.com:12345&weight=2&max_fails=3
- 從服務器組刪除服務器
http://127.0.0.1/upstream_conf?stream=&remove=&upstream=appservers&id=2
- 修改指定服務器
http://127.0.0.1/upstream_conf?stream=&upstream=appservers&id=2&down=
8 TCP和UDP負載均衡配置例子
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;
}
}
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