nginx负载均衡中常见的算法及原理

1. Nginx负载均衡中常见的算法
- 1.1 轮询(round robin)
- 1.2 加权轮询(weight round robin)
- 1.3 源地址hash(ip_hash)
- 1.4 目的Url hash(url_hash)
- 1.5 最少连接数(least_conn)
- 1.6 最快响应时间(fair)
2. 源码剖析
- 2.1 轮询(round robin)
- 2.1.1 RR 请求流程图
- 2.1.2 RR 请求源码
- 2.2 源地址hash(ip_hash)
- 2.3 加权轮询(weight round robin)

1. Nginx负载均衡中常见的算法 1.1 轮询(round robin)

轮询，依次将请求分配到各个后台服务器，默认方式。

upstream backserver { 
server 192.168.31.7; 
server 192.168.31.8; 
}

1.2 加权轮询(weight round robin)

根据权重加权依次轮询，默认为1,实现类似于LVS中的WRR,WLC等.默认时和rr效果一样.

upstream backserver { 
server 192.168.31.7 weight=10; 
server 192.168.31.8 weight=20; 
}

1.3 源地址hash(ip_hash)

源地址hash调度方法，基于的客户端的remote_addr(源地址IPv4的前24位或整个IPv6地址)做hash计算，以实现会话保持.

upstream backserver { 
ip_hash;
server 192.168.31.7; 
server 192.168.31.8; 
}

1.4 目的Url hash(url_hash)

hash $request_uri consistent;
根据请求的url的hash值分配服务器，当后台服务器为缓存时，效率较高.

upstream backserver { 
consistent_hash $remote_addr;
server 192.168.31.7; 
server 192.168.31.8; 
}

1.5 最少连接数(least_conn)

least_conn;
最少连接调度算法，优先将客户端请求调度到当前连接最少的后端服务器,相当于LVS中的WLC

upstream backserver { 
least_conn;
server 192.168.31.7; 
server 192.168.31.8; 
}

1.6 最快响应时间(fair)

根据服务器响应时间来分发，响应时间短，分发越多。

upstream backserver { 
fair;
server 192.168.31.7; 
server 192.168.31.8; 
}

2. 源码剖析

nginx的负载均衡策略可以划分为两大类：

内置策略
在默认情况下这两种策略会编译进nginx内核，只需在nginx配置中指明参数即可。
扩展策略
默认不编译进nginx内核。

内置策略:

轮询(round robin)
加权轮询(weight round robin)
源地址hash(ip_hash)

扩展策略:

2.1 轮询(round robin) 2.1.1 RR 请求流程图

2.1.2 RR 请求源码

以nginx-1.20.1版本为例
源码中的重要声明:
nginx-1.20.1/src/http/ngx_http_upstream_round_robin.h

current_weight: 权重排序的值,随着处理请求会动态的变化.
weight: 配置值，用来恢复初始状态。
轮询的创建过程。代码如下图：
nginx-1.20.1/src/http/ngx_http_upstream_round_robin.c

变量tried: tried中记录了服务器当前是否被尝试连接过。他是一个位图。如果服务器数量小于32，则只需在一个int中即可记录下所有服务器状态。如果服务器数量大于32，则需在内存池中申请内存来存储。

对该位图数组的使用可参考如下代码：

2.2 源地址hash(ip_hash)

ip_hash算法的原理很简单，根据请求所属的客户端IP计算得到一个数值，然后把请求发往该数值对应的后端。
所以同一个客户端的请求，都会发往同一台后端，除非该后端不可用了。ip_hash能够达到保持会话的效果。
ip_hash是基于round robin的，判断后端是否可用的方法是一样的。

第一步，根据客户端IP计算得到一个数值。

hash1 = (hash0 * 113 + addr[0]) % 6271;
hash2 = (hash1 * 113 + addr[1]) % 6271;
hash3 = (hash2 * 113 + addr[2]) % 6271;

hash3就是计算所得的数值，它只和初始数值hash0以及客户端的IP有关。

第二步，根据计算所得数值，找到对应的后端。

w = hash3 % total_weight;
while (w >= peer->weight) {
    w -= peer->weight;
    peer = peer->next;
    p++;
}

total_weight为所有后端权重之和。遍历后端链表时，依次减去每个后端的权重，直到w小于某个后端的权重。
选定的后端在链表中的序号为p。因为total_weight和每个后端的weight都是固定的，所以如果hash3值相同，则找到的后端相同。
nginx-1.20.1/src/http/modules/ngx_http_upstream_ip_hash_module.c

2.3 加权轮询(weight round robin)

nginx负载均衡中常见的算法及原理

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