CN113110933B - 一种具有Nginx负载均衡技术的系统 - Google Patents

Abstract

一种具有Nginx负载均衡技术的系统，包括Nginx服务器和由若干个Web服务器组成的Web服务器集群，用户向Nginx服务器发出请求后，Nginx服务器接受到来自客户端的请求后收集每个Web服务器的负载信息并将其存储，并进行信息处理，选择出最适合的Web服务器；所述的Nginx服务器接收并处理用户发起的动态请求，包括负载信息收集模块和信息处理模块。负载信息收集模块，周期性接收并收集各个Web服务器的负载信息并将其存储在数据库服务器中。所述的信息处理模块，从负载信息收集模块中获取每个web服务器的负载信息，通过预先配置的动态负载均衡算法，计算各Web服务器的权重。Web服务器集群，由多个web服务器组成，用于处理来自客户端的不同的请求。

Description

一种具有Nginx负载均衡技术的系统

技术领域

本发明涉及互联网技术领域，特别是涉及一种具有Nginx负载均衡技术的系统。

背景技术

近年来，随着Internet的飞速发展，对网络服务的需求也在增长，导致页面加载速度太慢，并且在并发数据请求量大的情况下网站没有响应，因此已经成网站管理员要解决的问题。当单个服务器负载太大时，通常的方法是升级主机。但是，单个主机的能力有限，而高性能主机则很昂贵。另外，服务器集群成本低廉，可扩展性好，已经成为解决此问题的有效方法。集群由彼此独立的一组计算机组成，这些计算机通过高速网络互连并在单个系统模式下进行管理。负载均衡系统是服务器集群的核心部分，负载均衡算法是传递用户请求的关键。

现有的负载均衡算法可以分为两类：静态和动态。静态负载均衡算法以固定的概率分配任务，这些任务不考虑服务器的状态信息；动态均衡算法根据服务器的实时负载状态信息分配任务。动态均衡算法包括最小连接法，加权最小连接法，基于位置的最小连接法。

在实际应用中，影响客户端访问频率，节点网络负载的因素很多，难以预测。如果系统长时间运行，则无法及时纠正负载，因此负载均衡的效果不好。大型企业一般通过大幅度提升服务器的硬件性能来处理Web服务器高并发这种问题。然而昂贵的硬件设备使得一些小型企业望而却步，小型企业从软件角度出发，通过优化应用系统的架构设计，采用集群系统来解决大量的Web访问请求，满足客户需求。

发明内容

为了解决以上问题，通过比较静态负载均衡和动态负载均衡算法的优缺点，本发明提供了一种具有Nginx负载均衡技术的系统，提出一种动态负载均衡算法，该算法可以实时收集服务器负载信息并动态调整权重。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种具有Nginx负载均衡技术的系统，其特征在于：包括Nginx服务器和由若干个Web服务器组成的Web服务器集群，用户向Nginx服务器发出请求后，Nginx服务器接受到来自客户端的请求后收集每个Web服务器的负载信息并将其存储，并进行信息处理，选择出最适合的Web服务器；

所述的Nginx服务器接收并处理用户发起的动态请求，包括负载信息收集模块和信息处理模块。

所述的负载信息收集模块，周期性接收并收集各个Web服务器的负载信息并将其存储在数据库服务器中，所述的负载信息包括CPU利用率、内存利用率、网络利用率和磁盘利用率的指标。所述的数据库服务器为缓存数据库Redis。

所述的信息处理模块，从负载信息收集模块中获取每个web服务器的负载信息，通过预先配置的动态负载均衡算法，计算各Web服务器的权重。

所述的动态负载均衡算法是在Nginx加权轮询算法的研究基础上提出的一种动态自适应负载均衡算法。具体实现过程如下：

令n个指标为X₁，X₂，...X_n，k台Web服务器，则归一化值为Y₁，Y₂，...Y_n，其中X_i＝{x_i1，...，x_ik}代表第k台服务器第i项性能指标，由于指标的度量单位不一致，因此必须首先将数据归一化。它使用Min-max归一化将结果值映射到[0,1]。归一化计算公式如下，其中Y_ij是服务器j的性能指标i的归一化值：

服务器j的第i项性能指标的比例为每个性能指标的信息熵为E₁，E₂，...E_n，/>各个性能指标的权重为/>

将C_j、N_j、D_j、M_j定义为服务器节点j的剩余CPU性能、网络带宽剩余性能、磁盘剩余性能和内存剩余性能，T_C、T_N、T_D、T_M为所有服务器节点的剩余CPU性能，网络带宽性能，磁盘性能和内存性能。对于任何服务器节点j，其初始权重为 计算公式如下，参数Arg是为了对上述计算所得的结果取整：

当web服务器集群处理大量的HTTP请求时，由于请求中分配的请求量和需要处理的数据量很大，一些节点会处于高负载状态，一些节点会处于低负载状态，这使得web服务器集群的性能不能得到充分利用。有必要实时监控web服务器节点的负载，并调整节点权重。但是，计算节点权重往往会消耗太多的计算机资源，因此使用下面的公式来计算当前服务器节点的负载。

U_j＝W_cpu*C_j+W_net*N_j+W_io*D_j+W_mem*M_j (3)

U_j是当前web服务器节点的总体剩余性能。通过设置两个阈值H和L，来判断web服务器负载情况。当U_j≤H时，表示当前web服务器j处于高负载状态。当web服务器j的U_j≥L时，确定当前服务器节点j处于低负载状态。

F_j为当前web服务器节点在web服务器的所有节点中的剩余性能比率。服务器节点权重可以调整如下：

通过权值调整，改善了服务器节点负载不平衡的情况。但是，加权的不平衡通常是由短时间内的高并发访问引起的。因此，当不存在高负载节点时，服务器节点权重将逐渐调整为初始权重。

所述的Web服务器集群，由多个web服务器组成，用于处理来自客户端的不同的请求。

本发明的有益效果：

(1)加入Redis数据库作为负载信息的缓存，将缓存记录放到内存中，加快了查询速度。

(2)新的动态负载均衡算法获取服务器CPU，磁盘IO，网络带宽和内存，计算权重，选出相对空闲的服务器进行下一步判断。

(3)所述的动态负载均衡算法是一种基于Nginx负载均衡的动态加权循环算法。通过比较静态负载均衡和动态负载均衡算法，对基础的加权循环算法进行改进，使得负载均衡效果更好。

附图说明

图1是由本发明专利的Nginx服务器以及Web服务器集群组成的系统框架图。

图2是Nginx服务器处理客户端动态请求流程图。

图3是动态负载均衡算法流程图。

具体实施方式

下面结合附图1～图3对本发明作进一步描述。

一种具有Nginx负载均衡技术的系统，包括Nginx服务器和Web服务器集群；

所述的Nginx服务器接收并处理用户发起的动态请求，包括负载信息收集模块和信息处理模块。

所述的负载信息收集模块，周期性接收并收集各个Web服务器的负载信息并将其存储在数据库服务器中，所述的负载信息包括CPU利用率、内存利用率、网络利用率和磁盘利用率的指标。所述的数据库服务器为缓存数据库Redis。

所述的信息处理模块，从负载信息收集模块中获取每个web服务器的负载信息，通过预先配置的动态负载均衡算法，计算各Web服务器的权重。

所述的Web服务器集群，由多个web服务器组成，用于处理来自客户端的不同的请求。

本发明实现的动态负载均衡算法，步骤如下：

S1、当Nginx收到客户端的动态请求时，会根据当前各个业务服务器的权重进行任务分配，将请求发送给权重最大即处理能力最强的业务服务器节点，以保证请求能够有效地得到处理。

S2、Nginx服务器启动后，Nginx中的负载信息收集模块会周期性读取各个业务服务器的负载信息，并将数据存储在数据库服务器中，由信息处理模块对获取到的负载信息进行权重计算，并将处理的结果发送给Nginx服务器。

S3、Nginx服务器收到信息处理模块的反馈信息后，会根据预先设置的动态负载均衡算法做出相应的处理，若反馈信息中要求更新业务服务器节点的当前权重，则对该服务器节点的权重进行重新赋值。

所述步骤S1中，Nginx处理客户端请求的流程如图2所示。当客户端向服务器发起动态请求后，Nginx服务器首先比较该服务器集群中各个节点的权重，将请求发送给权重最大的服务器节点。若请求发送给服务器节点成功，则返回客户端所需的结果；若请求发送给服务器节点失败，且重复发送失败的次数大于20次，则Nginx服务器不再向该服务器发送请求。

所述的步骤S3中，所述的动态负载均衡算法如图3所示。新的动态负载均衡算法是在原有Nginx加权轮询算法的基础上，根据各个业务服务器节点的运行状态，对其负载均衡的权重进行重新赋值，防止各节点出现过载问题。同时，为避免出现频繁更新权重而导致的资源浪费问题，此负载均衡算法中通过计算服务器节点的负载，将计算所得的负载与阈值进行比较，判断负载情况。当业务服务器节点的处于低负载或高负载情况下，Nginx服务器才会对该节点的权值进行更新。

本发明的具体实施步骤为：

(1)初始化Nginx服务器，并为各业务服务器节点赋初始权值；

(2)当Nginx服务器收到客户端的请求后，将请求发送给权值最大的业务服务器；

(3)Nginx中的负载信息收集模块会周期性读取各个业务Web服务器的负载信息，并将数据存储在数据库服务器中，由信息处理模块对获取到的负载信息进行权重计算，并将处理的结果发送给Nginx服务器。

(4)Nginx收到反馈信息后，对各业务Web服务器的权值做出相应的处理。

Claims (1)

1.一种具有Nginx负载均衡技术的系统，其特征在于：包括Nginx服务器和由若干个Web服务器组成的Web服务器集群，用户向Nginx服务器发出请求后，Nginx服务器接受到来自客户端的请求后收集每个Web服务器的负载信息并将其存储，并进行信息处理，选择出最适合的Web服务器；

所述的Nginx服务器接收并处理用户发起的动态请求，包括负载信息收集模块和信息处理模块；

所述的负载信息收集模块，周期性接收并收集各个Web服务器的负载信息并将其存储在数据库服务器中，所述的负载信息包括CPU利用率、内存利用率、网络利用率和磁盘利用率的指标；所述的数据库服务器为缓存数据库Redis；

所述的信息处理模块，从负载信息收集模块中获取每个web服务器的负载信息，通过预先配置的动态负载均衡算法，计算各Web服务器的权重；

所述的动态负载均衡算法是在Nginx加权轮询算法的研究基础上提出的一种动态自适应负载均衡算法；具体实现过程如下：

令n个指标为X₁，X₂，...X_n，k台Web服务器，则归一化值为Y₁，Y₂，...Y_n，其中X_i＝{x_i1，...，x_ik}代表第k台服务器第i项性能指标，由于指标的度量单位不一致，因此必须首先将数据归一化；它使用Min-max归一化将结果值映射到[0,1]；归一化计算公式如下，其中Y_ij是服务器j的性能指标i的归一化值：

服务器j的第i项性能指标的比例为每个性能指标的信息熵为E₁，E₂，...E_n，/>各个性能指标的权重为/>

将C_j、N_j、D_j、M_j定义为服务器节点j的剩余CPU性能、网络带宽剩余性能、磁盘剩余性能和内存剩余性能，T_C、T_N、T_D、T_M为所有服务器节点的剩余CPU性能，网络带宽性能，磁盘性能和内存性能；对于任何服务器节点j，其初始权重为 计算公式如下，参数Arg是为了对上述计算所得的结果取整：

使用下面的公式来计算当前服务器节点的负载；

U_j＝ W_cpu*C_j+ W_net*N_j+ W_io*D_j+W_mem*M_j (3)

U_j是当前web服务器节点的总体剩余性能；通过设置两个阈值H和L，来判断web服务器负载情况；当U_j≤H时，表示当前web服务器j处于高负载状态；当web服务器j的U_j≥L时，确定当前服务器节点j处于低负载状态；

F_j为当前web服务器节点在web服务器的所有节点中的剩余性能比率；服务器节点权重可以调整如下：

通过权值调整，改善了服务器节点负载不平衡的情况；当不存在高负载节点时，服务器节点权重将逐渐调整为初始权重；

所述的Web服务器集群，由多个web服务器组成，用于处理来自客户端的不同的请求。