Nginx負載均衡技術在高校教務系統中的應用

李 剛

(朝陽師范高等專科學校信息技術中心，遼寧 朝陽122000)

0 引言

教務系統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，高校教務系統多數仍采用傳統架構“Web服務器+數據庫服務器”，由于受經費所限購置的服務器性能較低，加之教務系統代碼臃腫、數據庫表結構未進行調優等因素影響，每學期開學初和期末當學生選課或查詢成績的http并發訪問請求驟增時，經常出現學生網上選課失敗或響應不及時，學生對教務系統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，并以朝陽師范高等專科學校(以下簡稱“朝陽師專”)教務系統為例進行說明.

1 朝陽師專教務系統概況

朝陽師專采用北京清遠優軟公司開發的教務系統，架構采用的是前端Resion+Oracle數據庫.為了減少選課高峰時段學生高并發、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，進而增強網絡數據處理能力[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請求分發給前端集群中的多個Web服務器,從而提升整個教務系統的吞吐量、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.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據，前端服務器運行Resion環境支撐前端Web服務運行，后端采用Oracle數據庫架構設計.以朝陽師專教務系統為例，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.當用戶發出http請求時，Nginx服務器根據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.當用戶發出http請求時，Nginx服務器會根據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; #后端服務器權重規則

server WEB服務器2 weight=10; #后端服務器權重規則

server WEB服務器3 weight=8; #后端服務器權重規則

server WEB服務器4 weight=10; #后端服務器權重規則

}

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 ：允許教務系統用戶請求失敗的次數默認為1.當超過最大失敗次數時，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勢，利用其解決了高校教務系統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，還提高了教務系統服務器響應速度，以及教務系統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.