基于Nginx的Web服务器负载均衡策略改进与实现

摘要

现代社会接入互联网的设备和用户迅猛增加，对网络服务器提出了更高的要求。用户对并发量、资源使用率和响应时间等性能要求越来越高，采用Nginx多服务器集群系统是目前常用也是效果较好的解决方案，其中比较核心的问题是负载均衡，负载均衡策略的好坏直接影响系统性能的发挥。
　　本文通过分析Nginx的源码、数据结构、主要模块、负载均衡算法、架构以及主进程和工作进程的原理，在Nginx原有加权轮询算法的基础上改进了一种动态负载均衡算法。该算法收集的负载数据主要包括节点CPU的剩余性能、磁盘IO的剩余性能、内存的剩余性能、网络带宽的剩余性能，然后通过动态加权轮询算法将负载数据转换为对应的权重，并修改Nginx加权轮询算法中的权值达到动态负载均衡的目的。
　　实验测试环境是在Linux系统的基础上搭建Nginx与Tomcat服务器集群系统，利用性能测试工具Httperf以及Autobench对Nginx内置的静态加权轮询算法以及第三方负载均衡算法fair与本文改进的动态加权轮询算法进行性能比较，发现动态加权轮询算法并发连接数的峰值和负载进入饱和状态下的平均值比静态加权轮询算法提高了17.4％和20.3％，比第三方的负载均衡算法fair提高了6.9％和8.3％，响应时间也比其它两种算法更短，同时响应时间和并发连接数抖动更小。实验结果验证了本文改进的动态加权轮询算法要优于Nginx内置算法和第三方负载算法fair。
　　与以上两种负载均衡算法相比，本论文改进的动态加权轮询算法具有以下几个特点:(1)根据节点综合性能进行评估，收集节点相关性能数据，计算得出节点对应的权值，比个人经验对节点权值进行赋值的方式更加有效。(2)在负载判定方面，本文设置了权重修改阈值，当集群各节点综合负载的方差超过阈值T时，说明集群负载不均衡需要修改节点的权值。(3)通过多属性决策中的层次分析法计算评价指标的权系数K。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 负载均衡研究背景及意义

1．2 负载均衡研究现状与研究问题的提出

1．2．1 Nginx研究现状

1．2．2 负载均衡研究现状

1．3 论文的研究内容以及组织结构

第2章 负载均衡技术分析与总体方案设计

2．1 动态负载均衡模型选取

2．1．1 负载均衡的目标

2．1．2 负载均衡策略的选择

2．1．3 评价指标的选取

2．1．4 评价函数的选取

2．1．5 负载评价函数权向量的计算

2．1．6 负载均衡算法的选取

2．2 负载均衡模块设计

2．3 负载信息的获取方式分析

2．4 负载信息的分析与权值计算过程

2．4．1 默认权重

2．4．2 动态权重

2．4．3 权重调节过程

2．4．4 判断负载不均衡的方法

2．5 本章小结

第3章 Nginx负载均衡算法分析设计与实现

3．1 系统概述

3．2 Nginx源码分析

3．2．1 Nginx源码核心模块分析

3．2．2 Nginx数据结构与基本数据类型分析

3．2．3 Nginx进程模块

3．2．4 Nginx的配置文件

3．2．5 Nginx内置负载均衡方法介绍

3．3 动态负载均衡算法的实现

3．3．1 负载信息收集模块实现

3．3．2 负载信息处理模块实现

3．3．3 Nginx权值修改模块实现

3．4 Nginx性能调优

3．4．1 全局块配置

3．4．2 events块配置

3．4．3 HTTP块配置

3．5 本章小结

第4章 高并发web服务器的性能测试与结果分析

4．1 系统测试指标与工具

4．1．1 系统测试指标

4．1．2 系统测试工具

4．2 测试环境

4．3 测试用例

4．4 测试结果与分析

4．5 本章小结

总结与展望

本文工作总结

未来工作展望

致谢

参考文献