基于Nginx的软件负载均衡实现解读

负载均衡在服务端开发中算是一个比较重要的特性。因为Nginx除了作为常规的Web服务器外，还会被大规模的用于反向代理前端，因为Nginx的异步框架可以处理很大的并发请求，把这些并发请求hold住之后就可以分发给后台服务端(backend servers，也叫做服务池， 后面简称backend)来做复杂的计算、处理和响应，这种模式的好处是相当多的：隐藏业务主机更安全，节约了公网IP地址，并且在业务量增加的时候可以方便地扩容后台服务器。
负载均衡可以分为硬件负载均衡和软件负载均衡，前者一般是专用的软件和硬件相结合的设备，设备商会提供完整成熟的解决方案，通常也会更加昂贵。软件的复杂均衡以Nginx占据绝大多数，本文也是基于其手册做相应的学习研究的。

一、基本简介
负载均衡涉及到以下的基础知识。
(1) 负载均衡算法
a. RoundRobin: 对所有的backend轮训发送请求，算是最简单的方式了，也是默认的分配方式；
b. LeastConnections(least_conn): 跟踪和backend当前的活跃连接数目，最少的连接数目说明这个backend负载最轻，将请求分配给他，这种方式会考虑到配置中给每个upstream分配的weight权重信息；
c. LeastTime(least_time): 请求会分配给响应最快和活跃连接数最少的backend；
d. IPHash(ip_hash): 对请求来源IP地址计算hash值，IPv4会考虑前3个octet，IPv6会考虑所有的地址位，然后根据得到的hash值通过某种映射分配到backend；
e.Generic Hash(hash): 以用户自定义资源(比如URL)的方式计算hash值完成分配，其可选consistent关键字支持一致性hash特性；
(2) 会话一致性　
用户(浏览器)在和服务端交互的时候，通常会在本地保存一些信息，而整个过程叫做一个会话(Session)并用唯一的Session ID进行标识。会话的概念不仅用于购物车这种常见情况，因为HTTP协议是无状态的，所以任何需要逻辑上下文的情形都必须使用会话机制，此外HTTP客户端也会额外缓存一些数据在本地，这样就可以减少请求提高性能了。如果负载均衡可能将这个会话的请求分配到不同的后台服务端上，这肯定是不合适的，必须通过多个backend共享这些数据，效率肯定会很低下，最简单的情况是保证会话一致性——相同的会话每次请求都会被分配到同一个backend上去。