摘要：為解決在某些場景中前端CDN、局域網、客戶端集中NAT出口IP等多人來訪時，出現IP訪問傾斜、丟失和負載不均衡等問題，通過研究Nginx系統(tǒng)的原理與實現方法，結合Web應用中的Cookie保持會話機制，提出了基于Nginx和sticky模塊實現的cookie負載均衡方案。實驗結果表明，基于sticky cookie實現可有效解決IP傾斜、丟失和負載不均衡等問題，同時在多人來訪、用戶量高并發(fā)的情況下，能夠維持每個會話持久性、一致性和服務器壓力均衡性。特別是在應用類集群環(huán)境共享狀態(tài)信息下，Sticky cookie會話保持算法仍有助于提高性能。

關鍵詞：Nginx；負載均衡； Cookie;Session；Sticky

中圖分類號：TP308；TP333 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）19-0097-04

0 引言

隨著校園網內用戶數量和業(yè)務量呈指數級的不斷增長，特別是Web應用類，面臨著訪問者數量快速增加的挑戰(zhàn)。即便使用高性能的硬件配比，當遇到請求具有突發(fā)性時，網絡、CPU、I/O等處理能力會急劇上升達到一定的瓶頸。單臺服務器的整體性能總是有限的，一臺服務器所能提供的并發(fā)訪問處理能力大約為1 000～5 000個。

目前在Web應用類環(huán)境中，client與server建立鏈接有幾種狀態(tài)：服務請求無狀態(tài)保持、服務請求有狀態(tài)保持、保持用戶會話一致性、保持連接一致性。實際校園Web應用環(huán)境中，大多數是基于有狀態(tài)、保持用戶會話一致性的鏈接，比如：學生選課、評教、錄取、成績查詢等Web業(yè)務。為了滿足這種高并發(fā)[1]、突發(fā)性的需求，同時徹底解決在某些場景中出現IP訪問傾斜、丟失、負載不均衡問題，本文提出了基于Nginx+sticky實現cookie負載均衡的建設方案，選用多臺服務器（節(jié)點）共同處理用戶請求，并采取一系列策略和技術來應對，以提高系統(tǒng)的高流量、可用性、可擴展性和容錯性。

1 Nginx 介紹及負載均衡方式

1.1 Nginx 介紹

Nginx[2]是一款高性能的開源Web服務器和反向代理服務器。它在處理靜態(tài)資源、負載均衡、反向代理、HTTPS等方面表現出色。Nginx的設計目標是提供高性能、穩(wěn)定性、熱部署、模塊化設計、低資源消耗和靈活性，以適應于現代網絡環(huán)境中構建大規(guī)模訪問、可伸縮性強的Web應用和負載的需求。綜合來說，其強大的特性和靈活性被廣泛用于互聯網、企業(yè)、高校等不同的場景中。同時，持續(xù)對Nginx綜合的性能、日志、配置、安全性、負載均衡等方面進行分析，也有助于優(yōu)化系統(tǒng)的運行和提高服務的可用性。

1.2 負載均衡方式

Nginx為 HTTP、TCP 和 UDP 提供多種負載均衡方式[3]，所有這些方式都能夠選1525d41453faed8488ed5991ec53a2579f52b40cd75dc069466a476d6dd60040擇分配到每個上游服務器的流量權重。選擇適當的負載均衡方式取決于應用需求。一些常見的負載均衡方式包括：

1） Round Robin（輪詢，默認使用）——可按順序在上游服務器之間分發(fā)請求。

2） 最少連接——向活躍連接數最少的服務器轉發(fā)請求。

3） 最少時間——基于響應時間和活躍連接數進行綜合計算，將請求轉發(fā)到負載最小的服務器；這是Nginx可提供的獨特功能。

4） Hash（哈希）——根據特定的鍵值分發(fā)請求（如客戶端IP地址或請求URL） 。若上游服務器集群發(fā)生變化，Nginx可以通過應用一致的哈希值來盡量減少負載的重新分配。

5） IP Hash（僅限 HTTP） ——根據客戶端IP地址的前三個八位字節(jié)進行請求分配。

6） Random with Two Choices—— 隨機選擇兩臺服務器并將請求轉發(fā)到活動連接數較少的服務器，即“最少連接”算法。通過使用Nginx還可以通過“最少時間”算法優(yōu)化使用效果。

2 基于Nginx+sticky實現cookie負載均衡的建設

2.1 基于Nginx+sticky 實現cookie負載均衡的建設方案

負載均衡是在大規(guī)模網絡和應用環(huán)境中，用于多臺服務器之間分配請求，以確保提高性能、流量、擴展以及有效資源利用率的關鍵工具。在不同場景中，客戶與Web應用端建立鏈接時，大多數是基于服務請求有狀態(tài)保持、保持用戶會話一致性（用戶登錄狀態(tài)）的會話方式[4]，例如教務、學工、請銷假、實訓等Web業(yè)務。為了徹底解決在某些場景中出現的IP訪問傾斜、丟失、負載不均衡、session不能跨服務器等問題，并根據應用中的實際情況，本文提出基于Nginx+sticky實現cookie負載均衡的建設方案，可以根據具體需求選擇合適的負載均衡機制，來實現負載均衡策略[5]。