Linux系统中安装nginx服务器及实现负载均衡配置的示例分析

发布时间：2021-07-16 14:57:34 来源：亿速云阅读：112 作者：小新栏目：服务器

这篇文章主要介绍Linux系统中安装nginx服务器及实现负载均衡配置的示例分析，文中介绍的非常详细，具有一定的参考价值，感兴趣的小伙伴们一定要看完！

nginx(engine x) 是一个高性能的 HTTP 和反向代理服务器、邮件代理服务器以及通用的 TCP/UDP 代理服务器。其特点为轻量级（占用系统资源少）、稳定性好、可扩展性（模块化结构）、并发能力强、配置简单等。

本文主要介绍在测试环境中通过 nginx 实现基本的负载均衡功能。

nginx 可以提供 HTTP 服务，包括处理静态文件，支持 SSL 和 TLS SNI、GZIP 网页压缩、虚拟主机、URL 重写等功能，可以搭配 FastCGI、uwsgi 等程序处理动态请求。

此外，nginx 还可以用于代理、反向代理、负载均衡、缓存等服务器功能，在集群环境中改善网络负载、提高可用性。

一、搭建测试环境

这里的测试环境为通过VirtualBox 安装的两台Lubuntu 19.04 虚拟机，Linux 系统安装方法不作赘述。

为了保证两台 Linux 虚拟机之间的相互访问，虚拟机的网络配置除了默认的 NAT 方式外，还使用了 VirtualBox 软件提供的内部网络（Internal）联网方式。

此外，还需要将两台虚拟机中与“内部网络”相关联的网卡，绑定上同一网段的静态 IP 地址，则两台主机形成局域网络，相互之间可以直接访问。

网络配置

打开 VirtualBox 软件，分别进入两台虚拟机的设置界面，为其添加连接方式为内部网络的网络连接，截图如下（两台虚拟机作同样的配置）：

Linux系统中安装nginx服务器及实现负载均衡配置的示例分析

内部网络

登录进虚拟机系统，使用 ip addr 命令查看当前的网络连接信息：

$ ip addr
...
2: enp0s3: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc fq_codel state UP group default qlen 1000
 link/ether 08:00:27:38:65:a8 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
 inet 10.0.2.15/24 brd 10.0.2.255 scope global dynamic noprefixroute enp0s3
  valid_lft 86390sec preferred_lft 86390sec
 inet6 fe80::9a49:54d3:2ea6:1b50/64 scope link noprefixroute
  valid_lft forever preferred_lft forever
3: enp0s8: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc fq_codel state UP group default qlen 1000
 link/ether 08:00:27:0d:0b:de brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
 inet6 fe80::2329:85bd:937e:c484/64 scope link noprefixroute
  valid_lft forever preferred_lft forever

可以看到，此时的 enp0s8 网卡还没有绑定 IPv4 地址，需要为其手动指定静态 IP。

需要注意的是，从 Ubuntu 17.10 版本开始，一个新的名为 netplan 的工具被引入，原来的网络配置文件 /etc/network/interfaces 不再生效。

所以为网卡设置静态 IP 时需要修改 /etc/netplan/01-network-manager-all.yaml 配置文件，示例如下：

network:
 version: 2
 renderer: NetworkManager
  ethernets:
  enp0s8:
   dhcp4: no
   dhcp6: no
   addresses: [192.168.1.101/24]
#   gateway4: 192.168.1.101
#   nameservers:
#     addresses: [192.168.1.101, 8.8.8.8]

由于两台主机处于同一子网，网关和 DNS 服务器未配置的情况下仍可以互相访问。对应的配置项暂时先注释掉（后续可以尝试自行搭建 DNS 服务器）。

编辑完成后运行 sudo netplan apply 命令，前面配置的静态 IP 即可生效。

$ ip addr
...
3: enp0s8: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc fq_codel state UP group default qlen 1000
  link/ether 08:00:27:0d:0b:de brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
  inet 192.168.1.101/24 brd 192.168.1.255 scope global noprefixroute enp0s8
    valid_lft forever preferred_lft forever
  inet6 fe80::a00:27ff:fe0d:bde/64 scope link
    valid_lft forever preferred_lft forever

登录进另一台虚拟机中，执行同样的操作（注意配置文件中的 addresses 项改为 [192.168.1.102/24] ）。两台虚拟机的网络即配置完成。

此时有 Linux 虚拟机 server1，IP 地址为 192.168.1.101；Linux 虚拟机 server2，IP 地址为 192.168.1.102。两台主机可相互访问。测试如下：

starky@server1:~$ ping 192.168.1.102 -c 2
PING 192.168.1.102 (192.168.1.102) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 192.168.1.102: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.951 ms
64 bytes from 192.168.1.102: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.330 ms
--- 192.168.1.102 ping statistics ---
2 packets transmitted, 2 received, 0% packet loss, time 2ms
rtt min/avg/max/mdev = 0.330/0.640/0.951/0.311 ms
skitar@server2:~$ ping 192.168.1.101 -c 2
PING 192.168.1.101 (192.168.1.101) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 192.168.1.101: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.223 ms
64 bytes from 192.168.1.101: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.249 ms
--- 192.168.1.101 ping statistics ---
2 packets transmitted, 2 received, 0% packet loss, time 29ms
rtt min/avg/max/mdev = 0.223/0.236/0.249/0.013 ms

二、安装 nginx 服务器

nginx 的安装方式主要有两种：

预编译的二进制程序。这是最简单和最快速的安装方式，各主流操作系统都可以通过包管理器（如 Ubuntu 的 apt-get）安装。此种方式会安装几乎所有的官方模块或插件。
从源代码编译安装。这种方式相对于前者更加灵活，可以自行选择需要安装的模块或第三方插件。

本示例并没有特殊的需求，所以直接选择第一种安装方式。命令如下：

$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get install nginx

安装成功后，通过 systemctl status nginx 命令查看 nginx 服务的运行状态：

$ systemctl status nginx
● nginx.service - A high performance web server and a reverse proxy server
  Loaded: loaded (/lib/systemd/system/nginx.service; enabled; vendor preset: en
  Active: active (running) since Tue 2019-07-02 01:22:07 CST; 26s ago
   Docs: man:nginx(8)
 Main PID: 3748 (nginx)
  Tasks: 2 (limit: 1092)
  Memory: 4.9M
  CGroup: /system.slice/nginx.service
      ├─3748 nginx: master process /usr/sbin/nginx -g daemon on; master_pro
      └─3749 nginx: worker process

通过 curl -I 127.0.0.1 命令验证 Web 服务器是否可以正常访问：

$ curl -I 127.0.0.1
HTTP/1.1 200 OK
Server: nginx/1.15.9 (Ubuntu)
...

三、负载均衡配置

负载均衡（load-balancing）即按照一定的规则将负载分摊到多个操作单元上执行，从而提高服务的可用性和响应速度。

简单的示例图如下：

Linux系统中安装nginx服务器及实现负载均衡配置的示例分析

load-balancing

如某网站应用部署在多台主机构成的服务器集群上，负载均衡服务器位于终端用户和服务器集群之间，负责接收终端用户的访问流量，并根据一定的规则将用户访问分发给后端的服务器主机，从而提高在高并发状态下的响应速度。

负载均衡服务器

nginx 可以通过 upstream 选项配置负载均衡。这里使用虚拟机 server1 作为负载均衡服务器。

修改 serve1 上默认站点的配置文件（ sudo vim /etc/nginx/sites-available/default ），改为如下内容：

upstream backend {
  server 192.168.1.102:8000;
  server 192.168.1.102;
}
server {
  listen 80;

  location / {
    proxy_pass http://backend;
  }
}

基于测试的目的，当前只有两台虚拟机。server1（192.168.1.101）已经作为负载均衡服务器，所以使用 server2（192.168.1.102）作为应用服务器。

这里借助 nginx 的虚拟主机功能，分别将 192.168.1.102 和 192.168.1.102:8000 “模拟”为两台不同的应用服务器。

应用服务器

修改 server2 上默认站点的配置文件（ sudo vim /etc/nginx/sites-available/default ），改为如下内容：

server {
    listen 80;

    root /var/www/html;

    index index.html index.htm index.nginx-debian.html;

    server_name 192.168.1.102;

    location / {
        try_files $uri $uri/ =404;
    }
}

在 /var/www/html 目录下创建 index.html 文件，作为 default 站点的 index 页面，内容如下：

<html>
  <head>
    <title>Index Page From Server1</title>
  </head>
  <body>
    <h2>This is Server1, Address 192.168.1.102.</h2>
  </body>
</html>

运行 sudo systemctl restart nginx 命令重启 nginx 服务，此时访问http://192.168.1.102 即可获取刚刚创建的 index.html 页面：

$ curl 192.168.1.102
<html>
  <head>
    <title>Index Page From Server1</title>
  </head>
  <body>
    <h2>This is Server1, Address 192.168.1.102.</h2>
  </body>
</html>

配置“另一台主机”上的站点，在 server2 上创建 /etc/nginx/sites-available/server2 配置文件，内容如下：

server {
    listen 8000;

    root /var/www/html;

    index index2.html index.htm index.nginx-debian.html;

    server_name 192.168.1.102;

    location / {
        try_files $uri $uri/ =404;
    }
}

注意监听端口和 index 页面的配置变化。在 /var/www/html 目录下创建 index2.html 文件，作为 server2 站点的 index 页面，内容如下：

<html>
  <head>
    <title>Index Page From Server2</title>
  </head>
  <body>
    <h2>This is Server2, Address 192.168.1.102:8000.</h2>
  </body>
</html>

PS：为了测试目的，default 站点和 server2 站点配置在同一个主机 server2 上，且页面稍有不同。实际环境中通常将这两个站点配置在不同的主机上，且内容一致。

运行 sudo ln -s /etc/nginx/sites-available/server2 /etc/nginx/sites-enabled/ 命令启用刚刚创建的 server2 站点。

重启 nginx 服务，此时访问 http://192.168.1.102:8000 即可获取刚刚创建的 index2.html 页面：

$ curl 192.168.1.102:8000
<html>
  <head>
    <title>Index Page From Server2</title>
  </head>
  <body>
    <h2>This is Server2, Address 192.168.1.102:8000.</h2>
  </body>
</html>

负载均衡测试

回到负载均衡服务器即虚拟机 server1 上，其配置文件中设置的反向代理 URL 为 http://backend 。

由于未曾配置域名解析服务，无法将 URLhttp://backend 定位到正确的位置。

可以修改 server1 上的 /etc/hosts 文件，添加如下一条记录：

127.0.0.1 backend

即可将该域名解析到本地 IP ，完成对负载均衡服务器的访问。

重启 nginx 服务，在 server1 上访问http://backend ，效果如下：

$ curl http://backend
<html>
  <head>
    <title>Index Page From Server1</title>
  </head>
  <body>
    <h2>This is Server1, Address 192.168.1.102.</h2>
  </body>
</html>
$ curl http://backend
<html>
  <head>
    <title>Index Page From Server2</title>
  </head>
  <body>
    <h2>This is Server2, Address 192.168.1.102:8000.</h2>
  </body>
</html>
$ curl http://backend
<html>
  <head>
    <title>Index Page From Server1</title>
  </head>
  <body>
    <h2>This is Server1, Address 192.168.1.102.</h2>
  </body>
</html>
$ curl http://backend
<html>
  <head>
    <title>Index Page From Server2</title>
  </head>
  <body>
    <h2>This is Server2, Address 192.168.1.102:8000.</h2>
  </body>
</html>

从输出中可以看出，server1 对负载均衡服务器http://backend 的访问，完成了对应用服务器 server2 上两个 Web 站点的轮询，起到负载均衡的作用。

四、负载均衡方法

nginx 开源版本提供四种负载均衡的实现方式，简单介绍如下。

1. Round Robin

用户请求均匀地分配给后端服务器集群（可以通过 weight 选项设置轮询的权重），这是 nginx 默认使用的负载均衡方式：

upstream backend {
  server backend1.example.com weight=5;
  server backend2.example.com;
}

2. Least Connections

用户请求会优先转发给集群中当前活跃连接数最少的服务器。同样支持 weight 选项。

upstream backend {
  least_conn;
  server backend1.example.com;
  server backend2.example.com;
}

3. IP Hash

用户请求会根据客户端 IP 地址进行转发。即该方式意图保证某个特定的客户端最终会访问同一个服务器主机。

upstream backend {
  ip_hash;
  server backend1.example.com;
  server backend2.example.com;
}

4. Generic Hash

用户请求会根据一个自定义键值确定最终转发的目的地，该键值可以是字符串、变量或者组合（如源 IP 和端口号）。

upstream backend {
  hash $request_uri consistent;
  server backend1.example.com;
  server backend2.example.com;
}

权重

参考下面的示例配置：

upstream backend {
  server backend1.example.com weight=5;
  server backend2.example.com;
  server 192.0.0.1 backup;
}

默认权重（weight）为 1 。 backup 服务器只有在所有其他服务器全部宕机的情况下才会接收请求。

如上面的示例，每 6 个请求会有 5 个转发给 backend1.example.com，1 个转发给 backend2.example.com。只有当 backend1 和 backend2 全部宕机时，192.0.0.1 才会接收并处理请求。

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