用Nginx+Redis實現session共享的均衡負載

前言

大學三年多，也做個幾個網站和APP後端，老是被人問到，如果用戶多了服務器會不會掛，總是很尷尬的回答：“哈哈，我們的用戶還少，到了服務器撐不住的時候，估計都上市了吧”。說是這麼說，但是對於有強迫症的我，這個問題一直迴響在我腦海裏，久久不散啊。如今大四下了，終於有時間來深入瞭解一下這個問題了。

貌似解決大訪問量的方案有硬件和軟件兩個大類的方法，硬件一般比較貴，學生黨就不去考慮了。還是想想怎麼用軟件解決吧。於是乎，Google，Baidu，balabala... 搜到最多的詞就是“均衡負載”，搭配的一般都是Nginx。找到了方向，那就擼起袖子幹活吧。

集羣搭建

首先在vmware12中安裝3臺debain，命名爲debian1,debian2，debian3。一路默認就好（其實並不好，後面會說）。

vmware有個問題，一旦窗口獲得焦點，就自動關閉了小鍵盤，導致我設置root密碼的時候輸入爲空（它也沒提示）。
後來我想用su命令才發現密碼錯誤，輸入空密碼一樣錯誤，就只有找回密碼了。

對於debian來說，這樣改：在grub界面光標指向待啓動的系統，然後按 e 鍵進行編輯，如圖：

在 quiet 後面加個1（注意要有空格），按F10，你就可以以root身份進入命令行界面的。

這時候就用passwd修改密碼，然後reboot就可以了。

終於打開了，準備試試網絡，發現無法訪問外網，但是windows主機可以，如果一路默認的話不應該出現問題，最有可能就是殺毒軟件把vmware的服務進程給關了（裝了360...）。在windows中啓動Vmware的DHCP服務

然後虛擬機要reboot一下來獲取ip。好了，現在虛擬機可以訪問外網了。

安裝nginx，才發現根本連不上，一看才發現是老美的源，應該是一路默認惹的禍啊，修改爲科大源（我爲母校自豪，哈哈）。

vi /etc/apt/source.list

修改爲：

deb http://mirrors.ustc.edu.cn/debian/ wheezy main non-free contrib
deb http://mirrors.ustc.edu.cn/debian/ wheezy-proposed-updates main non-free contrib
deb-src http://mirrors.ustc.edu.cn/debian/ wheezy main non-free contrib
deb-src http://mirrors.ustc.edu.cn/debian/ wheezy-proposed-updates main non-free contrib

deb http://mirrors.ustc.edu.cn/debian-security/ wheezy/updates main non-free contrib
deb-src http://mirrors.ustc.edu.cn/debian-security/ wheezy/updates main non-free contrib

然後執行這個命令來更新： apt-get update

安裝： apt-get install nginx

啓動：/etc/init.d/nginx start

隨便用一個虛擬機開啓一個瀏覽器打開localhost,成功啓動，如圖：

vi用不慣安裝vim： apt-get install vim 報錯：

The following packages have unmet dependencies:
 vim : Depends: vim-common (= 2:7.3.547-7) but 2:7.4.488-7 is to be installed
E: Unable to correct problems, you have held broken packages.

可見衝突了，解決方法：

先執行apt-get remove vim-common 卸載vim-common

再進行安裝vim，執行 apt-get install vim

找找nginx的根目錄，我們打開配置文件（和Apache一樣，配置文件模塊化的，不是一個單獨的nginx.conf）看一看

vim /etc/nginx/sites-enabled/default

中間有一行

root /usr/share/nginx/www;

這就是根目錄啦

修改index.html來區分三臺主機

用ipconfig 分別獲得 ip 地址，在windows中訪問

debian1  http://192.168.182.128/

debian2  http://192.168.182.129/

debian3  http://192.168.182.130/

基礎嘗試

先來一個小例子，以便對均衡負載產生一個直觀的感受吧。

我們把debian1作爲主服務器承擔請求分發的任務，即外部訪問的是debian1，然後debain1把請求發送給debian2或者debain3，如下圖：

在debian1中修改配置文件：vim /etc/nginx/nginx.conf
在http配置項中加入如下

upstream site { 
      server  192.168.182.129:80; 
      server  192.168.182.130:80; 
} 

server{ 
    listen 80;  
    location / { 
        proxy_pass         http://site;
    } 
}

這是選擇的輪詢的模式
保存重啓nginx。

現在在windows中訪問debian1，http://192.168.182.128/。多次刷新可見如下兩圖依次出現：

說明發送給 debian1 的請求的確是均勻分配到 debian2和debian3了，亦即輪詢。

session共享

上面的例子可以說簡單到沒有什麼實用價值，大型網站一般不可能是純靜態的，一般都涉及到用戶登錄的問題，那麼就涉及到session的問題了。你想用戶在A登陸了，A記住了用戶的登錄狀態，可是下一次用戶請求被分配到B去了怎麼辦？顯然不可能讓用戶再登陸一次。所以要實現session共享。一般有幾個解決辦法：

iphash,把特定ip發送給特定主機，就不存在session這個問題了，因爲1個用戶對應1臺主機。但是某時刻當來自某個IP地址的請求特別多，那麼將導致某臺負載服務器的壓力可能非常大，而其他負載服務器卻空閒的不均衡情況，這就違背了我們負載均衡的初衷。
搭建redis集羣或者memcached集羣，用集羣自帶的同步方法來幫我們在不同的主機中同步session，這樣就相當於把原來的一份session變成了N分session（有點浪費，哈哈），session的同步就依賴於NoSql集羣的同步了。
不使用session，換作cookie。但是秉承着防禦性編程的原則，我們不能相信用戶輸入，因爲cookie可能被禁用，甚至篡改。
單獨設置一個session服務器，負載服務器得到一個sessionid過後，去session服務器獲得會話狀態，然後根據狀態來響應用戶請求，如果會話狀態爲空，則在session服務器中設置一個會話狀態，然後返回給用戶一個sessionid。

我準備採用方案4，即用debian1作爲分發服務器，同時作爲session服務器（用redis實現），負載服務器每次都要向分發服務器請求用戶的session對應的會話狀態，以此決定響應方式。

php 環境搭建

在debain2，3中搭建php環境

先在2中修改
命令：

apt-get update    #更新源
apt-get install php5        #安裝php5
apt-get install php5-cli        #安裝php5 命令行工具
apt-get install php5-fpm

最後一句就報錯了：

The following packages have unmet dependencies:
 gnupg : Depends: libreadline6 (>= 6.0) but it is not going to be installed
   Recommends: gnupg-curl but it is not going to be installed
    php5-fpm : Depends: libssl1.0.0 (>= 1.0.0) but it is not going to be installed
     Depends: php5-common (= 5.4.45-0+deb7u2) but it is not going to be installed
     Depends: ucf but it is not going to be installed
     Depends: tzdata but it is not going to be installed
      PreDepends: dpkg (>= 1.16.1~) but it is not going to be installed

搞了好久也沒解決，還是換個fastcgi管理工具吧（回頭再來啃一啃）：

apt-get install spawn-fcgi

啓動spawn-fcgi：

/usr/bin/spawn-fcgi -a 127.0.0.1 -p 9000 -C 5 -u www-data -g www-data -f /usr/bin/php-cgi

說明：

-a : PHP FastCGI 綁定IP地址

-p : PHP FastCGI 指定端口

-u : PHP FastCGI 用戶名

-g : PHP FastCGI 用戶組

-f : 指向 PHP5 fastcgi

另外
vim /etc/rc.local

加入上述命令使得它開機自啓

配置nginx的php選項（還是看官網比較好，不要到處亂搜）：

location ~ [^/]\.php(/|$) {
    fastcgi_split_path_info ^(.+?\.php)(/.*)$;
    if (!-f $document_root$fastcgi_script_name) {
        return 404;
    }

    fastcgi_pass 127.0.0.1:9000;
    fastcgi_index index.php;
    include fastcgi_params;
}

重啓：/etc/init.d/nginx restart

在根目錄中加入1.php

<?php
phpinfo();
?>

訪問，終於成功了，淚奔

接下來對debain3 如法炮製。總算是完成這一步了。

redis 環境搭建

在debain1中搭建redis服務器

命令：

    wget http://download.redis.io/releases/redis-2.8.12.tar.gz
    tar xzf redis-2.8.12.tar.gz
    cd redis-2.8.12
    make

編譯成功，運行：./src/redis-server redis.conf

修改配置打開 redis.conf

把 bind 127.0.0.1 修改爲 bind 0.0.0.0 即任意主機可以訪問
找到“requirepass”字段，在後面加上密碼 password

重啓redis服務器：

    ./src/redis-cli -h 127.0.0.1 -p 6379 shutdown #關閉
    ./src/redis-server redis.conf 開啓

這時你會發現如果用redis客戶端直接訪問會報錯
要輸入密碼後在能正常使用，如圖：

在debain2,3中配置phpredis

命令：

    apt-get install php5-dev #php開發者工具，後面編譯需要
    wget https://github.com/nicolasff/phpredis/archive/master.tar.gz
    tar xvf master.tar.gz
    cd phpredis-master/
    phpize
    ./configure --enable-redis
    make && make install

然後修改配置：

vim /etc/php5/cgi/php.ini

在Dynamic Extensions 後面添加extension=redis.so

重啓服務：還真沒找到成熟的解決辦法，只有採取笨辦法了

lsof -i :9000  #列出該端口相關信息，包含PID
kill -9 pid  # 把上一步顯示出來的pid挨個殺死
/usr/bin/spawn-fcgi -a 127.0.0.1 -p 9000 -C 5 -u www-data -g www-data -f /usr/bin/php-cgi  #啓動

測試：在debian3的nginx根目錄添加1.php 代碼如下：

<?php
 $redis_host = '192.168.182.128';
 $redis_port = 6379;
 $redis_psw = 'password';

 $redis = new Redis ();
 $redis->connect ( $redis_host, $redis_port );
 $redis->auth ( $redis_psw );
 $redis->set('a',1);
 echo $redis->get('a');

?>

結果如下：

可見是成功了，對debian2如法炮製，效果一樣

邏輯實現

負載服務器查看客戶端是否帶有sessionid這個參數，如果有，則去session服務器獲取會話狀態並返回結果，否則產生一個session和會話狀態存入session服務器並返回sessionid給客戶端。這是一個大概的邏輯輪廓，細節就不討論了，實現如下：

修改debian2,3的nginx配置文件使得默認路徑是index.php 而非 index.html,同時刪掉原有的index.html,加入index.php。重啓。

index.php 代碼如下：

<?php
//初始化連接
$redis_host = '192.168.182.128';
$redis_port = 6379;
$redis_psw = 'password';
$redis = new Redis ();
$redis->connect ( $redis_host, $redis_port );
$redis->auth ( $redis_psw );
$sessionid = ceil($_GET['sessionid']);
$hostname = 'debian2';//debian3就要改成debian3

if(empty($sessionid)){//沒有sessionid
    $sessionid = rand(10000000,99999999);//簡便起見產生8位數字作爲有效id
    $status = '已經登陸,由 '.$hostname.' 設置session';
    $redis->set($sessionid,$status);//保存
    $data = array('當前站點'=>$hostname,'sessionid'=>$sessionid,'info'=>'這是您第一次登陸');
    echo json_encode($data,JSON_UNESCAPED_UNICODE);
    exit();
}

$status = $redis->get($sessionid);

if(empty($status)){//sessionid無效
    $sessionid = rand(10000000,99999999);//簡便起見產生8位數字作爲有效id
    $status = '已經登陸,由 '.$hostname.' 設置session';
    $redis->set($sessionid,$status);
    $data = array('當前站點'=>$hostname,'sessionid'=>$sessionid,'info'=>'這是您第一次登陸');
    echo json_encode($data,JSON_UNESCAPED_UNICODE);
    exit();
}

$data = array('當前站點'=>$hostname,'sessionid'=>$sessionid,'info'=>$status);
echo json_encode($data,JSON_UNESCAPED_UNICODE);
exit();

?>

測試

首次訪問debian1

再次訪問debain1，這裏就出了點問題，不知道爲什麼，一直髮送到到debian2，連續嘗試很多次，沒有一次請求到debian3，根本就沒有輪詢啊。但是過了幾分鐘再次訪問debian1

請求就發送到debian3了，我估計是用了php過後，nginx把一小段時間內的請求發送到同一主機了，但是一大段時間上還是輪詢的。

但是我換了個瀏覽器過後，又變成每次輪詢了。一頭汗...... 所以這還是和瀏覽器有關的？（暫時搞不定。回頭再看看，先換個瀏覽器）

首次訪問debian1

再次訪問debian1

帶上sessionid首次訪問debian1

帶上sessionid再次次訪問debian1

可見的確是達到了均衡負載同時session共享的目的。

總結

這篇文章寫下來可真是費了些力氣，中間出了好多錯，不過一個一個有耐心的解決掉，最後出來的結果還是令人挺有成就感的。畢竟心裏的一塊大石算是落了。以後有空再嘗試一下其他幾種方法。

PS : 修改配置文件的時候，一定要先備份再修改，不然出了問題都不能恢復。

更新

啃了好久，終於找到上面包依賴（衝突）的問題了（得感謝我的一位同學）。都是源惹的禍，我當時是直接找了一段代碼放進source.list, 實際上把wheezy全部改成jessie，就行了，因爲我的debian是8.3 而wheezy代表debian7。

用了錯誤的源會導致很多的兼容問題，趕緊換回來。換回來過後安裝php相關的組件就沒有任何問題了。

更新 03/30

上面修改root密碼的方法我後來又試了一下，沒成功，原來之所以成功估計是因爲原來我的root密碼正好是空，所以在進入單用戶模式的時候不需要輸入密碼。後來我的密碼不是空，進入單用戶模式一樣要輸入root密碼，自然達不到找回密碼的目的。最好還是用U盤啓動，用U盤裏的系統來修改本機root密碼。

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用Nginx+Redis實現session共享的均衡負載

前言

集羣搭建

基礎嘗試

session共享

php 環境搭建

redis 環境搭建

邏輯實現

總結

更新

更新 03/30

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