Nginx反向代理与负载均衡：节点服务器单/多虚拟机配置+实验环境搭建+原理解析…

0.说明

常见的集群架构及相关软件，可以参考下面的导图：

互联网企业常用的是负载均衡集群和高可用性集群，负载均衡集群强调“分担”，通过一定的调度算法，可以实现用多个节点服务器来分担用户的访问请求和数据流量；高可用性集群强调“高可用”，即一个节点失效了，它的任务可以立刻转移到另一个备份的节点上（即一般通过设置主备来实现）。显然因为负载均衡集群使用多个节点来分担服务，即使其中一个节点失效了，其它节点也可以继续工作，因此它也具有高可用性。

下面介绍的是Nginx负载均衡的配置，同时也给出了实验环境。

1.实验环境说明

本次实验的测试环境使用的宿主机操作系统为Windows 7，在Vmware虚拟机安装CentOS 6.5（3台），说明如下：

而当使用NAT的方式进行上网时虚拟机、宿主机之间的网络连接关系可如下所示：

关于为什么网络拓扑结构是这样的，这里不展开说明，可以参考博主的另一篇博文《在实践中深入理解VMware虚拟机的上网模式NAT模式》，这篇文章深入地分析了VMware虚拟机使用NAT模式上网时的网络结构细节，相信看完这篇文章后，这里搭建Nginx的实验环境也就很容易理解了。

所以首先，应该是自己先配置好网络环境，让宿主机跟我们的虚拟机可以通信，实际上，如果理解了VMware虚拟机上网方式的原理，同时对CentOS的网络配置也很熟悉，这一步是可以很轻松完成的，这里就不给出过程了，这里所用的IP地址跟上面的图示是一样的。

这里，对于Nginx的负载均衡，希望达到的效果逻辑如下：

当用户访问我们的Web Server时，实际上请求是先到达Nginx负载均衡器，这就是一个反向代理的过程了，然后Nginx负载均衡器再将请求按照一定的调度算法分发给相应的节点服务器。

在整个实验环境中，我们假定web01和web02提供bbs.xpleaf.org的网站内容服务，Nginx在web01和web02前面作为反向代理服务器与负载均衡服务器，当用户访问bbs.xpleaf.org时，Nginx负载均衡器会把请求分发到web01和web02节点服务器上，由节点服务器返回实际的内容数据。

2.配置与测试实战：节点服务器单虚拟机场景

这里使用的Nginx的版本为：1.6.3，关于Nginx的安装与基本配置，这里不再做说明，可以参考博主前面关于Nginx的博文，同样也是给出了详细的实验环境，可以去实践一下。

下面在每台web服务器上，我们只配置了一个虚拟机，即bbs.xpleaf.org。

（1）web01配置与测试

web01作为节点服务器，配置它的虚拟机域名为bbs.xpleaf.org

配置hosts解析

检查配置文件与启动

本机上进行测试

（2）web02配置与测试

web02作为节点服务器，配置它的虚拟机域名为bbs.xpleaf.org

配置hosts解析

检查配置文件与启动

本机上进行测试

（3）lb01配置

配置文件内容

配置hosts解析

检查配置文件与启动

（4）Nginx负载均衡效果测试

可以通过命令行的方式在lb01上进行测试，如下：

通过上面的测试可以知道，访问请求都被分担到两台节点服务器上，也可以通过在windows 7的浏览器上输入地址来进行测试（需要先把"127.0.0.1 bbs.xpleaf.org"添加到windows 7的hosts文件中）：

3.进阶1：记录访问用户的实际IP地址

（1）原理

上面我们通过windows 7进行访问时，查看web服务器的日志：

因为在配置web服务器节点时，配置的日志格式是这样的：

所以前面日志的第一个字段用来记录Nginx均衡服务器的地址，这没有问题，但是最后一个字段是'-'，也就是没有记录，该字段是用来记录用户的实际IP的。

（2）配置Nginx携带用户实际IP

为了能够让web服务器记录用户的实际IP，需要在Nginx负载均衡服务器上做如下配置：

实际上就是多加了最后一行。

（3）测试

这时再用windows 7去访问bbs.xpleaf.org，然后在web服务器上查看日志信息：

可以看到日志的最后一个字段就记录了客户端的真实IP地址。

4.进阶2：节点服务器多虚拟机场景

前面在每台web服务器上，只配置了一个站点bbs.xpleaf.org，所以上面的负载均衡是没有问题，但是如果再配置一个站点blog.xpleaf.org（即在bbs.xpleaf.org后面再增加一个server域），当去测试时就会发现，无论是访问bbs.xpleaf.org，还是访问blog.xpleaf.org，返回的内容都是站点bbs.xpleaf.org的内容。

究其原因是当用户访问域名时确实是携带了blog.xpleaf.org主机头请求Nginx反向代理服务器，但是是反向代理服务器向下面节点重新发起请求时，默认并没有在请求头里告诉节点服务器要找哪台虚拟主机，所以web节点服务器接收到请求后发现没有主机头信息，因此，就把节点服务器的第一个虚拟机发给了反向代理。

解决方法是，当反向代理向后重新发起请求时，要携带主机头信息，以明确告诉节点服务器要找哪个虚拟机。只需要在Nginx负载均衡服务器上增加下面一行配置：

此时配置文件内容如下：

由于原理比较简单，这里就不给出完整过程了，可以参考老男孩老师的书籍。

5.进阶3：根据URL中的目录地址实现代理转发

根据HTTP的URL进行转发的应用情况，被称为第7层（应用层）的负载均衡，而LVS的负载均衡一般用于TCP等的转发，因此被称为第4层转发（传输层）的负载均衡。

在上面的案例中，如果需要实现一个需求，希望bbs.xpleaf.org可以使用bbs.xpleaf.org/upload来提供上传服务，而bbs.xpleaf.org则保持默认提供网站的主页内容，这时就可以使用Nginx基于URL来实现代理转发了。

可以把lb01的Nginx配置修改为如下：

这样，实际上就相当于bbs.xpleaf.org提供了两种不同的业务，一种是普通的bbs论坛内容业务，另外一种则是上传业务，上面我们定义了两个地址池，在每个地址池中，如果有多台节点服务器，就可以根据upstream的相关调度算法来实现不同业务的负载均衡了，总结来说就是，只使用一个域名对外提供服务，同时该域名对外提供不同的产品业务。

当然，基于这种思想，通过location的正则匹配，可以根据用户不同的浏览器版本来访问不同的服务器群、根据设备的不同类型来访问不同的服务器群（PC端和移动端）、根据文件扩展名来访问不同的服务器群（实现动静分离），从而可以提升用户的体验。相关案例可以参考老男孩老师的书籍。

6.原理解析：http proxy模块和upstream模块

Nginx的反向代理功能和负载均衡功能是通过http proxy模块和upstream模块来实现的：

（1）http proxy模块

配置方法可以参考上面的案例，实际上还有很多参数可以使用，这里不详细给出。

（2）upstream模块

主要介绍一下upstream模块在实现负载均衡功能时的调度算法，其实关于upstream的调度算法，如果学习过QoS，看起来就会觉得很熟悉了。