Nginx高可用集群

Nginx高可用集群是一个分布式系统，由多个Nginx服务器组成的集群。通过这个集群，可以在多个Nginx服务器之间实现负载均衡及高可用、可扩展的服务。

一、Nginx介绍

Nginx（读作“engine x”）是一个高性能的Web服务器及反向代理服务器，同时也是一个IMAP/POP3/SMTP服务器。它是由俄罗斯的程序员Igor Sysoev开发的，第一个公开版发布于2004年。

Nginx以其简单、灵活和高效的性能成为Web服务器市场的典范，并且支持多种平台。在全球，已有超过30%的网站选择Nginx作为其Web服务器。由于Nginx的出色表现和众多用户的支持，也出现了各种优秀的Nginx扩展，如FastCGI、uwsgi、PHP、Java、SSL等。

二、集群与负载均衡

集群和负载均衡技术是计算机领域常用来解决高并发和高可用的技术，并且在分布式系统技术中占有重要地位。

1.集群

集群是指两台或两台以上的服务器通过网络连接，形成一个具备共同物理及逻辑特性的系统。集群的目的是将多台服务器的计算能力、存储能力、网络带宽等资源融合成一个整体，提高计算能力、存储能力、可靠性、安全性、可扩展性等。

2.负载均衡

负载均衡是一种技术，它将大量的Web请求均衡地分配给多个服务器，使得服务器可以共同完成工作，从而保障网站的可用性、性能和可扩展性。负载均衡的主要作用就是将负载均衡器前的请求均匀地分配给处在后面的一组服务器，解决了单点故障和单点性能瓶颈的问题。

负载均衡的方法主要有以下几种：

（1）轮询法

轮询法是按顺序将每个请求分配给每台服务器，直到最后一台服务器被选中，再从第一台服务器开始循环。该方法不会考虑服务器的实际负载，不能解决服务器压力不均等问题。

（2）最少连接数法

最少连接数法是根据每台服务器的当前活跃连接数，选择活跃连接数最少的服务器来处理当前请求。该方法可以解决服务器压力不均等问题，但不能避免单点故障。

（3）IP散列法

IP散列法是将每个请求的IP地址作为哈希函数的输入，计算后得到一个输出值，再用该输出值和服务器列表长度取模得到被选中的服务器的序号。该方法可以解决服务器压力不均等问题，也可以解决单点故障，但一个请求的IP地址不变，所以也不能避免特定的请求容易堵塞某个服务器的问题。

三、Nginx高可用集群架构

Nginx高可用集群是指将Nginx服务器组成一个集群，通过负载均衡技术将请求分配到多个服务器中进行处理，从而实现服务的高可用性和可扩展性。

在Nginx高可用集群架构中，通常采用的是双Nginx主-备份（Active-Standby）的架构，大致步骤如下：

1)安装分发管理系统（如Saltstack、Ansible等）；
2)选定两台群集节点作为主备，安装Nginx，并在分发管理系统中进行配置；
3)主Nginx节点与备Nginx节点建立同步备份机制；
4)通过负载均衡器（如HAProxy）将多个Nginx主-备份集群节点组成一个劣等性负载均衡集群，来实现节点之间的访问和负载均衡；
5)当主Nginx节点出现故障时，负载均衡器及时切换到备Nginx节点上来继续提供服务。

下图是Nginx高可用集群的架构图：

图中，客户端通过负载均衡器的IP地址向集群发送请求。负载均衡器根据配置的负载均衡算法和节点状态，将请求分发给相应的Nginx主-备份集群节点。如果主Nginx节点出现故障，负载均衡器及时发现该故障，并将请求转发给备Nginx节点。当主Nginx节点恢复正常时，负载均衡器又会自动将请求切换回主Nginx节点。

四、配置Nginx高可用集群

下面是一个简单的Nginx高可用集群的配置：

1)安装Nginx

安装 Nginx 并开放端口（如80/443 等）:

yum install nginx
systemctl start nginx
systemctl enable nginx
firewall-cmd –zone=public –add-port=80/tcp –permanent
firewall-cmd –zone=public –add-port=443/tcp –permanent
firewall-cmd –reload

2)安装Nginx状态监控模块（可选）

Nginx状态监控模块可以监控 Nginx 的性能、负载情况，并对 Nginx 节点进行动态的负载均衡。

yum install nginx-module-ngx_http_stub_status

在 Nginx 配置文件中增加以下内容：

location /nginx_status {
stub_status on;
access_log off;
allow 127.0.0.1; #允许访问的 IP 地址
deny all; #其他 IP 不允许访问
}

3)安装和配置负载均衡器

本例中使用 HAProxy 作为负载均衡器。

yum install haproxy
systemctl start haproxy
systemctl enable haproxy

编辑 /etc/haproxy/haproxy.cfg 文件，增加以下配置信息：

listen nginx-cluster
bind 192.168.10.10:80 #绑定 VIP
mode http
balance roundrobin #负载均衡算法
option httpchk HEAD / HTTP/1.0
option forwardfor
timeout server 1m #超时
option tcplog
server nginx1 192.168.10.11:80 check #定义 Nginx 的 IP 和端口

此时 HAProxy 已经配置为监听端口 80，并将对访问它的请求分配给目前的唯一 Nginx 节点 192.168.10.11。

4)实现Nginx主-备份多机架构

可以通过 rsync、即时同步等方式，在主 Nginx 节点和备 Nginx 节点之间同步配置文件、代码、上传的文件等内容。以下是一个简单的 rsync 的同步脚本：

#!/bin/bash

TARGET=/home/nbolt/nginx
LIST=”nginx1 nginx2″ #定义 Nginx 机器名
scriptname=${0##*/}
rsync -zvrt –delete –exclude=”.svn” –progress –password-file=/etc/rsyncd.passwd /data/ $1::wwwroot/www/$TARGET/ –ignore-errors || exit 2
rsync -zvrt –progress –password-file=/etc/rsyncd.passwd /data/ $1::wwwroot/www/$TARGET/ –ignore-errors || exit 2

将此脚本保存为 /scripts/nginx_sync.sh，在主 Nginx 节点和备 Nginx 节点上同一目录下有同名的此脚本，并通过 rsync 命令进行同步。

将下面这行配置加到 /etc/rsyncd.conf 文件末尾，以开启 rsync 服务：

[wwwroot]
path = /var/www #定义目录
comment = web syncing service
read only = no #是否可读
uid = nginx #共享文件的所属用户
gid = nginx #共享文件的所属用户组
auth users = nginx #授权用户列表
secrets file = /etc/rsyncd.passwd #密码文件

sudo yum install rsync
yum install git-lfs
sudo git lfs install

5)实现切换机制

通过在 HAProxy 配置中增加备用服务器的配置，来实现切换机制。

在 /etc/haproxy/haproxy.cfg 文件中的 listen 部分增加以下内容:

server nginx1 192.168.10.11:80 check
server nginx2 192.168.10.12:80 check backup

以上配置中，backup 关键字表示将该服务器定义为备用服务器。

当主 Nginx 节点出现故障时，HAProxy 会自动将请求转发到备 Nginx 节点上，从而实现切换机制。

六、总结

高可用集群是目前企业网络中必不可少的技术，它使得企业的网络架构拥有了更高的可用性、可扩展性和可靠性，而 Nginx 作为一个高可用性的Web服务器和反向代理服务器，与众多负载均衡器协调工作，在安全性、高效性等方面表现出色。

在实现 Nginx 高可用集群的过程中，要注意节点之间的信息同步、切换机制、性能调整等，以达到更高的可用性和更快的响应速度。