Nginx 负载均衡配置指南 🔄

Nginx Load Balancing

🚀 全面掌握 Nginx 负载均衡配置，构建高可用、高性能的 Web 服务架构

✨ 特点和功能

Nginx 负载均衡提供以下强大功能：

  • ⚡ 高性能处理：基于事件驱动的异步架构，轻松处理数万并发连接
  • 🔄 多种算法：支持轮询、加权轮询、IP哈希、最少连接等多种负载均衡算法
  • 🛡️ 高可用性：支持健康检查和自动故障转移，确保服务持续可用
  • 📊 灵活配置：支持四层和七层负载均衡，满足不同场景需求
  • 🔍 实时监控：提供状态监控和日志记录，便于故障排查和性能优化
  • 🌐 多协议支持：支持 HTTP、HTTPS、TCP、UDP 等多种协议
  • 💡 易于扩展：简单配置即可添加或移除后端服务器，支持动态扩展

📖 目录导航

🔥 一、热备负载均衡（生产环境推荐）

热备模式：当主服务器发生故障时，自动启用备份服务器提供服务。请求处理顺序：AAAAAA 突然 A 挂了，BBBBBBBBBBBB…

1. 创建 mtab 配置文件

mtab 书签页： https://mtab.mobufan.eu.org:5553

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
## nginx 反向代理+负载均衡: mtab 书签页
upstream mysvr { 
    server 10.10.10.245:9200;
    ## 负载均衡-热备模式：有2台服务器，一台服务器宕机时，才启用第二台服务器提供服务
    server 10.10.10.247:9200 backup;  ## 热备     
}

server {
    ## 监听5553端口，并启用SSL
    listen 5553 ssl;
    listen [::]:5553 ssl;

    ## 替换为你的域名
    server_name mtab.mobufan.eu.org;

    ## 指定 SSL 证书文件和私钥文件的路径
    ssl_certificate /etc/nginx/ssl/cert.pem;  
    ssl_certificate_key /etc/nginx/ssl/key.pem;  
    
    location / {
        ## 指定反向代理的服务地址
        proxy_pass http://mysvr; ## 负载均衡 变量地址（不能和其它服务器相同）
        add_header backendIP $upstream_addr; ## 负载均衡 节点IP
        add_header backendCode $upstream_status; ## 负载均衡 响应状态码
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
        proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;
        proxy_set_header Host $http_host;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        proxy_set_header Range $http_range;
        proxy_set_header If-Range $http_if_range;
        proxy_redirect off;
        proxy_buffering on; #开启缓存
        # 使用 HTTP/1.1 协议与后端服务器通信
        proxy_http_version 1.1;
        client_max_body_size 20000m;
    }
}

2. 应用配置

1
2
3
4
5
6
7
8
# 测试配置文件
sudo nginx -t

# 重新加载配置
sudo nginx -s reload

# 查看 Nginx 状态
sudo systemctl status nginx

3. 验证负载均衡

访问：https://mtab.mobufan.eu.org:5553

打开浏览器开发者工具，选择网络选项卡，找到 mtab.mobufan.eu.org 请求，查看响应头中的 backendIP 和 backendCode 字段。

🔄 二、轮询负载均衡

轮询：Nginx 默认策略，权重默认为 1，服务器处理请求的顺序：ABABABABAB…

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
upstream backend_servers {
    # 默认权重为1
    server 127.0.0.1:7878;
    server 192.168.10.121:3333;       
}

server {   
    listen       8081;   # 监听端口
    server_name  127.0.0.1;   # 监听地址       
    location  / {
        proxy_pass  http://backend_servers;  # 请求转向 backend_servers 定义的服务器列表
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
    } 
}

⚖️ 三、加权轮询负载均衡

加权轮询：根据配置的权重大小分发不同数量的请求。下面服务器的请求顺序为：ABBABBABBABBABB…

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
upstream backend_servers {
    server 127.0.0.1:7878 weight=1;
    server 192.168.10.121:3333 weight=2;
    server 192.168.10.122:4444 weight=3;
}

server {   
    listen       8081;   # 监听端口
    server_name  127.0.0.1;   # 监听地址       
    location  / {
        proxy_pass  http://backend_servers;
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
        
        # 添加响应头显示后端服务器信息
        add_header X-Backend $upstream_addr;
    } 
}

🔐 四、IP Hash 负载均衡

ip_hash: Nginx 会让相同的客户端 IP 请求相同的服务器，适用于需要会话保持的场景。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
upstream backend_servers {
    ip_hash; # 基于客户端IP的哈希算法
    
    server 127.0.0.1:7878; 
    server 192.168.10.121:3333;
    server 192.168.10.122:4444;
}

server {   
    listen       8081;
    server_name  127.0.0.1;
    
    # 启用访问日志记录负载均衡信息
    access_log /var/log/nginx/loadbalancer.access.log upstreamlog;
    
    location  / {
        proxy_pass  http://backend_servers;
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
        
        # 会话超时设置
        proxy_connect_timeout 30s;
        proxy_send_timeout 30s;
        proxy_read_timeout 30s;
    } 
}

📁 五、基于特定资源的负载均衡

通过多个 upstream 分成多个服务器组，将不同的请求分流到不同的服务器组

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
# 定义日志格式
log_format upstreamlog '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
                       '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
                       '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for" '
                       'upstream: $upstream_addr '
                       'upstream_status: $upstream_status '
                       'request_time: $request_time';

# 视频服务器组
upstream video_servers { 
    server 127.0.0.1:7878 weight=1;
    server 192.168.10.121:3333 weight=2;
}

# 文件服务器组
upstream file_servers {
    server 192.3.2.1:7878 weight=1;
    server 192.3.2.2:3333 weight=2;
}

server {   
    listen       8081;
    server_name  127.0.0.1;
    access_log /var/log/nginx/access.log upstreamlog;
    
    # 视频请求路由
    location  /video/ {
        proxy_pass  http://video_servers;
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
        
        # 视频传输优化
        proxy_buffering on;
        proxy_buffer_size 128k;
        proxy_buffers 4 256k;
        proxy_busy_buffers_size 256k;
    } 
    
    # 文件请求路由
    location  /file/ {
        proxy_pass  http://file_servers;
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
        
        # 大文件传输优化
        client_max_body_size 100M;
        proxy_request_buffering off;
    } 
}

🌐 六、基于不同域名的负载均衡

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
# 视频服务器组
upstream video_servers { 
    server 127.0.0.1:7878 weight=1;
    server 192.168.10.121:3333 weight=2;
}

# 文件服务器组
upstream file_servers {
    server 192.3.2.1:7878 weight=1;
    server 192.3.2.2:3333 weight=2;
}

# 视频域名服务器
server {   
    listen       80;
    server_name  video.example.com;
    
    location  / {
        proxy_pass  http://video_servers;
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
        
        # 添加CORS头部
        add_header Access-Control-Allow-Origin *;
        add_header Access-Control-Allow-Methods 'GET, POST, OPTIONS';
        add_header Access-Control-Allow-Headers 'DNT,X-Mx-ReqToken,Keep-Alive,User-Agent,X-Requested-With,If-Modified-Since,Cache-Control,Content-Type,Authorization';
    } 
}

# 文件域名服务器
server {   
    listen       80;
    server_name  file.example.com;
    
    location  / {
        proxy_pass  http://file_servers;
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
        
        # 文件下载优化
        proxy_max_temp_file_size 0;
        proxy_buffering off;
    } 
}

🔄 七、带有 URL 重写的负载均衡

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
upstream backend_servers{
    server 192.168.200.146:9001;
    server 192.168.200.146:9002;
    server 192.168.200.146:9003;
}

server {
    listen    80;
    server_name localhost;
    
    # URL重写规则
    location /file/ {
        rewrite ^(/file/.*) /server/$1 last;
    }
    
    location /api/ {
        rewrite ^/api/(.*)$ /$1 break;
        proxy_pass http://backend_servers;
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
    }
    
    location / {
        proxy_pass http://backend_servers;
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        
        # 健康检查
        proxy_next_upstream error timeout invalid_header http_500 http_502 http_503 http_504;
    }
}

🌐 八、四层负载均衡

注意：四层负载均衡需要在 stream 模块中配置，通常用于 TCP/UDP 负载均衡

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
# 在nginx.conf的main上下文中添加
stream {
    # 定义日志格式
    log_format basic '$remote_addr [$time_local] '
                     '$protocol $status $bytes_sent $bytes_received '
                     '$session_time "$upstream_addr"';
    
    access_log /var/log/nginx/stream.access.log basic;
    
    # Redis服务器组
    upstream redis_backend {
        server 192.168.200.146:6379 weight=1;
        server 192.168.200.146:6378 weight=2;
    }

    # Tomcat服务器组
    upstream tomcat_backend {
        server 192.168.200.146:8080;
        server 192.168.200.147:8080 backup;
    }
    
    # MySQL服务器组
    upstream mysql_backend {
        server 192.168.200.148:3306;
        server 192.168.200.149:3306 backup;
    }

    # Redis负载均衡
    server {
        listen     6379;
        proxy_pass redis_backend;
        proxy_timeout 1s;
        proxy_connect_timeout 1s;
    }
    
    # Tomcat负载均衡
    server {
        listen    8080;
        proxy_pass tomcat_backend;
        proxy_timeout 3s;
    }
    
    # MySQL负载均衡
    server {
        listen     3306;
        proxy_pass mysql_backend;
        proxy_timeout 5s;
    }
}

💡 九、负载均衡参数详解

1. 服务器状态参数

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
upstream backend_servers {
    # 基本参数
    server backend1.example.com:8080 weight=5;      # 权重
    server backend2.example.com:8080 max_fails=3;   # 最大失败次数
    server backend3.example.com:8080 fail_timeout=30s; # 失败超时
    
    # 高级参数
    server backup1.example.com:8080 backup;    # 备份服务器
    server down1.example.com:8080 down;        # 标记为永久不可用
    server slow1.example.com:8080 slow_start=30s; # 慢启动时间
    
    # 保持活动连接
    keepalive 32;          # 连接池大小
    keepalive_timeout 60s; # 连接超时时间
}

2. 健康检查配置

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
upstream backend_servers {
    server 192.168.1.10:8080;
    server 192.168.1.11:8080;
    
    # 健康检查参数
    check interval=3000 rise=2 fall=5 timeout=1000 type=http;
    check_http_send "HEAD /health HTTP/1.0\r\n\r\n";
    check_http_expect_alive http_2xx http_3xx;
    
    # 会话保持
    sticky cookie srv_id expires=1h domain=.example.com path=/;
}

3. 超时和缓冲设置

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
upstream backend_servers {
    server 192.168.1.10:8080;
    server 192.168.1.11:8080;
}

server {
    location / {
        proxy_pass http://backend_servers;
        
        # 超时设置
        proxy_connect_timeout 5s;    # 连接超时
        proxy_send_timeout 10s;      # 发送超时
        proxy_read_timeout 30s;      # 读取超时
        
        # 缓冲设置
        proxy_buffering on;          # 启用缓冲
        proxy_buffer_size 4k;        # 缓冲区大小
        proxy_buffers 8 4k;          # 缓冲数量和大小
        proxy_busy_buffers_size 8k;  # 忙碌时缓冲区大小
        
        # 其他优化
        proxy_redirect off;          # 禁用重定向
        proxy_http_version 1.1;      # 使用HTTP/1.1
        proxy_set_header Connection ""; # 清空连接头
    }
}

🛠️ 十、高级配置技巧

1. 动态负载均衡

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
# 使用DNS解析实现动态服务发现
resolver 8.8.8.8 1.1.1.1 valid=30s;

upstream dynamic_backend {
    zone upstream_dynamic 64k;
    server service.example.com:8080 resolve;
    
    # 定期解析DNS
    resolver_timeout 30s;
}

2. 故障转移配置

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
upstream backend_servers {
    server primary.example.com:8080;
    server secondary.example.com:8080 backup;
    server tertiary.example.com:8080 backup;
    
    # 故障转移策略
    proxy_next_upstream error timeout invalid_header http_500 http_502 http_503 http_504;
    proxy_next_upstream_tries 3;
    proxy_next_upstream_timeout 10s;
}

3. 性能优化配置

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
upstream backend_servers {
    server 192.168.1.10:8080;
    server 192.168.1.11:8080;
    
    # 连接池配置
    keepalive 32;
    keepalive_requests 100;
    keepalive_timeout 60s;
    
    # 最少连接算法
    least_conn;
}

server {
    location / {
        proxy_pass http://backend_servers;
        
        # 缓冲优化
        proxy_buffers 16 32k;
        proxy_buffer_size 64k;
        
        # 缓存优化
        proxy_cache_path /var/cache/nginx levels=1:2 keys_zone=my_cache:10m max_size=10g 
                         inactive=60m use_temp_path=off;
        proxy_cache my_cache;
        proxy_cache_valid 200 302 10m;
        proxy_cache_valid 404 1m;
    }
}

🔍 十一、监控和调试

1. 启用状态页面

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
# Nginx状态页面
server {
    listen 8080;
    server_name localhost;
    
    location /nginx_status {
        stub_status on;
        access_log off;
        allow 127.0.0.1;
        deny all;
    }
}

# 上游状态页面（需要nginx-upstream-status模块）
server {
    listen 8081;
    server_name localhost;
    
    location /upstream_status {
        upstream_status;
        access_log off;
        allow 127.0.0.1;
        deny all;
    }
}

2. 日志配置

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
# 定义上游日志格式
log_format upstream_log '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
                       '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
                       '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for" '
                       'upstream: $upstream_addr '
                       'upstream_status: $upstream_status '
                       'request_time: $request_time '
                       'upstream_response_time: $upstream_response_time '
                       'upstream_connect_time: $upstream_connect_time';

# 应用日志格式
server {
    access_log /var/log/nginx/access.log upstream_log;
    error_log /var/log/nginx/error.log warn;
}

3. 实时监控脚本

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
#!/bin/bash
# monitor_upstream.sh - 监控Nginx上游服务器状态

LOG_FILE="/var/log/nginx/upstream_monitor.log"
UPSTREAM_NAME="backend_servers"

echo "$(date): 开始监控上游服务器 $UPSTREAM_NAME" >> $LOG_FILE

# 检查Nginx状态
if ! systemctl is-active --quiet nginx; then
    echo "$(date): Nginx服务未运行" >> $LOG_FILE
    exit 1
fi

# 获取上游服务器状态
UPSTREAM_STATUS=$(curl -s http://localhost:8081/upstream_status | grep $UPSTREAM_NAME)

if [ -z "$UPSTREAM_STATUS" ]; then
    echo "$(date): 无法获取上游服务器状态" >> $LOG_FILE
else
    echo "$(date): 上游服务器状态 - $UPSTREAM_STATUS" >> $LOG_FILE
fi

# 检查是否有服务器宕机
if echo "$UPSTREAM_STATUS" | grep -q "down"; then
    echo "$(date): 警告：有上游服务器宕机" >> $LOG_FILE
    # 发送警报
    echo "Nginx上游服务器宕机警报: $UPSTREAM_STATUS" | mail -s "Nginx警报" admin@example.com
fi

🚨 十二、常见问题排查

1. 基础检查命令

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
# 检查Nginx配置语法
nginx -t

# 检查Nginx进程状态
ps aux | grep nginx

# 检查监听端口
netstat -tulnp | grep nginx
ss -tulnp | grep nginx

# 检查错误日志
tail -f /var/log/nginx/error.log

# 检查访问日志
tail -f /var/log/nginx/access.log

2. 负载均衡状态检查

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
# 测试负载均衡分配
for i in {1..10}; do
    curl -s http://example.com/ | grep "Server IP"
done

# 检查上游服务器健康状态
curl http://localhost:8081/upstream_status

# 检查Nginx状态页面
curl http://localhost:8080/nginx_status

3. 性能问题排查

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
# 检查连接数
netstat -an | grep :80 | wc -l

# 检查活动连接数
nginx -T 2>/dev/null | grep active_connections

# 检查请求率
goaccess /var/log/nginx/access.log -a

# 检查响应时间
cat /var/log/nginx/access.log | awk '{print $NF}' | sort -n | uniq -c

📊 十三、负载均衡策略选择指南

策略类型 适用场景 优点 缺点
轮询 服务器性能相近，无状态服务 简单易用，公平分配 无法考虑服务器负载差异
加权轮询 服务器性能差异明显 考虑服务器性能差异，合理分配负载 配置相对复杂，需要了解服务器性能
IP Hash 需要会话保持的应用 确保同一客户端访问同一服务器，保持会话 服务器宕机会影响部分用户，扩展性受限
最少连接 请求处理时间差异大 动态分配，考虑当前负载，更合理 需要维护连接数状态，稍微增加开销
URL Hash 缓存优化场景 提高缓存命中率，减少重复计算 配置复杂，需要额外模块支持
响应时间 对响应速度敏感的应用 优先选择响应快的服务器，提升用户体验 需要实时监控响应时间，增加开销

选择建议

  1. 一般Web应用：使用加权轮询或最少连接算法
  2. 会话敏感应用：使用IP Hash算法保持会话一致性
  3. API网关：使用轮询或响应时间算法，确保公平和快速响应
  4. 缓存服务器：使用URL Hash算法，提高缓存命中率
  5. 高可用集群：结合备份服务器和健康检查，确保服务连续性

配置示例：最少连接算法

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
upstream backend_servers {
    least_conn; # 最少连接算法
    
    server 192.168.1.10:8080 weight=3;
    server 192.168.1.11:8080 weight=2;
    server 192.168.1.12:8080 weight=1;
    
    # 健康检查
    check interval=3000 rise=2 fall=5 timeout=1000;
}

🚀 通过合理配置 Nginx 负载均衡，您可以构建高可用、高性能的 Web 服务架构，确保服务的稳定性和可扩展性。根据您的具体需求选择合适的负载均衡策略，并定期监控和优化配置！

💡 提示：

  • 定期检查服务器健康状况和负载均衡效果
  • 根据业务变化调整负载均衡策略和参数
  • 启用监控和日志记录，便于故障排查和性能优化
  • 在生产环境部署前充分测试所有配置

📚 扩展资源：