李 剛

(朝陽師范高等?？茖W校信息技術中心，遼寧 朝陽122000)

0 引言

教務系統(tǒng)是高校智慧校園板塊中的重要組成部分，選課、查詢等模塊是其中最為重要的幾個模塊.目前，高校教務系統(tǒng)多數(shù)仍采用傳統(tǒng)架構“Web服務器+數(shù)據(jù)庫服務器”，由于受經費所限購置的服務器性能較低，加之教務系統(tǒng)代碼臃腫、數(shù)據(jù)庫表結構未進行調優(yōu)等因素影響，每學期開學初和期末當學生選課或查詢成績的http并發(fā)訪問請求驟增時，經常出現(xiàn)學生網上選課失敗或響應不及時，學生對教務系統(tǒng)的使用體驗感覺很差.本研究中采用Nginx負載均衡技術來解決這些問題，并以朝陽師范高等?？茖W校(以下簡稱“朝陽師專”)教務系統(tǒng)為例進行說明.

1 朝陽師專教務系統(tǒng)概況

朝陽師專采用北京清遠優(yōu)軟公司開發(fā)的教務系統(tǒng)，架構采用的是前端Resion+Oracle數(shù)據(jù)庫.為了減少選課高峰時段學生高并發(fā)、多請求和服務器性能不足帶來的影響，學校增加了多臺前端服務器，使學生可以選擇不同的前端服務器登錄教務系統(tǒng)進行選課.這種方式會造成服務器負載不均衡，依然不能解決選課高峰時段教務系統(tǒng)服務器卡頓和響應不及時等問題.

2 Nginx負載均衡技術

Nginx負載均衡技術是一種可以提高網絡靈活性和可用性的技術，它建立在現(xiàn)有網絡結構之上，利用其自身的調度算法提供一種廉價、有效和透明的方法，擴展網絡設備和服務器的帶寬，增加吞吐量，進而增強網絡數(shù)據(jù)處理能力[1].

負載均衡下的多服務器共同分擔用戶的請求,以此來提升服務器性能，達到快速響應并準確返回用戶訪問請求的目的.負載均衡技術就是解決如何合理地把大量并發(fā)請求分發(fā)給前端集群中的多個Web服務器,從而提升整個教務系統(tǒng)的吞吐量、資源利用率，以及降低請求響應時間等.負載均衡算法的選擇,對教務系統(tǒng)性能的提升起著決定性作用.

3 實施方案

Nginx負載均衡技術主要通過采用內置的upstream模塊來實現(xiàn).本文中重點討論3種內置方案：輪詢方案、權重方案和ip_hash方案[2].朝陽師專教務系統(tǒng)采用B/S和C/S相結合的架構，教師和學生通過瀏覽器分別進行成績的錄入和查詢，管理人員通過客戶端管理和維護教學數(shù)據(jù)，前端服務器運行Resion環(huán)境支撐前端Web服務運行，后端采用Oracle數(shù)據(jù)庫架構設計.以朝陽師專教務系統(tǒng)為例，對3種內置方案加以討論.

3.1 輪詢方案

輪詢方案也是Nginx默認的負載均衡方案.

輪詢方案架構(每個請求按時間順序逐一分配到不同的前端Web服務器)，如圖1所示，教務系統(tǒng)這邊增加了多臺Web前端服務器，用戶邊增加1臺Nginx負載均衡服務器.當用戶發(fā)出http請求時，Nginx服務器根據(jù)輪詢方式按時間順序將用戶的請求分配到每臺Web前端服務器；如果后端Web服務器down掉，輪詢方案Nginx會自動從系統(tǒng)中將其剔除，減輕了每臺Web前端服務器的負載，很好地解決了服務器負載問題，使學生獲得了更好的選課、查詢等體驗[2].處理http請求流程，如圖2所示.

Nginx配置文件中upstream模塊配置如下：

upstream backserver {

server WEB服務器1 IP;

server WEB服務器2 IP;

server WEB服務器3 IP;

server WEB服務器4 IP;

}

3.2 權重方案

權重方案架構(指定輪詢幾率，weight和訪問比率成正比，用于后端服務器性能不均的情況)，如圖3所示，教務系統(tǒng)這邊增加了多臺Web前端服務器，用戶邊增加1臺Nginx負載均衡服務器.當用戶發(fā)出http請求時，Nginx服務器會根據(jù)后端服務器權重情況將用戶的請求分配到每臺Web前端服務器，根據(jù)每臺Web前端服務器的權重來分配負載.如果后端Web服務器宕掉，Nginx會自動從系統(tǒng)中剔除.處理http請求的流程，如圖2所示.

Nginx配置文件中upstream模塊配置如下：

upstream backserver { #設定負載均衡服務器列表

server WEB服務器1 weight=8; #后端服務器權重規(guī)則

server WEB服務器2 weight=10; #后端服務器權重規(guī)則

server WEB服務器3 weight=8; #后端服務器權重規(guī)則

server WEB服務器4 weight=10; #后端服務器權重規(guī)則

}

3.3 ip_hash方案

ip_hash方案(按訪問url的hash結果來分配請求)用于實現(xiàn)http會話保持功能，將某個客戶端的多次請求定向到組內同一臺Web服務器上，保證在客戶端與服務器之間建立一條穩(wěn)定的會話(session)，處理http請求的流程，如圖4所示.只有當Web服務器處于無效(down)狀態(tài)時，客戶端請求才會被Nginx服務器分配到下一個服務器去接收和處理，這樣每個訪客固定訪問一個后端Web服務器，既實現(xiàn)了前端服務器負載均衡的目標，又可以很好地解決客戶端訪問過程中的session問題.ip_hash方案架構，如圖5所示.

在Nginx負載均衡服務器中配置文件Nginx.conf的upstream模塊片段如下：

upstream backserver {

ip_hash;

server WEB服務器1:81;

server WEB服務器2:82;

server WEB服務器1:83;

server WEB服務器2:84;

}

同時，配置文件Nginx.conf中server段增加如下代碼片段：

location / {

proxy_pass http://app-proxy;http://jwserver;

proxy_next_upstream error timeout http_503 http_504;

proxy_next_upstream_tries 3;

proxy_pass http:// jwserver/;

upstream jwserver{

ip_hash; (采用的是IP哈希負載均衡方案)

server Web服務器ip:81 down max_fails=10 fail_timeout 60s;

(down 表示當前的server暫時不參與負載)

server Web服務器ip:82 weight=2 3 max_fails=10 fail_timeout 60s;

(weight 默認為1.weight越大，負載的權重就越大)

server Web服務器ip:83 max_fails=10 fail_timeout 60s;

server Web服務器ip:84 backup max_fails=10 fail_timeout 60s;;

(其他所有的非backup機器down或者忙的時候，請求backup機器)

}

代碼中關鍵字的詳細解釋如下：

max_fails ：允許教務系統(tǒng)用戶請求失敗的次數(shù)默認為1.當超過最大失敗次數(shù)時，返回.

proxy_next_upstream：模塊定義的錯誤 .

fail_timeout:max_fails次失敗后，服務暫停的時間.

4 結論

Nginx軟件具有高性能、輕量級和內存消耗低等優(yōu)勢，利用其解決了高校教務系統(tǒng)選課高峰時段網絡擁塞問題，為高校師生提供了更好的訪問體驗；另外，還提高了教務系統(tǒng)服務器響應速度，以及教務系統(tǒng)Web前端服務器和其他周邊資源的利用效率，因為服務就近提供，實現(xiàn)了地理位置無關性.Nginx服務器運行在朝陽師專自己的虛擬化平臺上，確保了服務器的高可用性.