Nginx的負載均衡 - 一致性哈希 (Consistent Hash)

算法介紹

 

當后端是緩存服務器時，經常使用一致性哈希算法來進行負載均衡。

使用一致性哈希的好處在於，增減集群的緩存服務器時，只有少量的緩存會失效，回源量較小。

在nginx+ats / haproxy+squid等CDN架構中，nginx/haproxy所使用的負載均衡算法便是一致性哈希。

 

我們舉個例子來說明一致性哈希的好處。

假設后端集群包含三台緩存服務器，A、B、C。

請求r1、r2落在A上。

請求r3、r4落在B上。

請求r5、r6落在C上。

使用一致性哈希時，當緩存服務器B宕機時，r1/r2會仍然落在A上，r5/r6會仍然落在C上，

也就是說這兩台服務器上的緩存都不會失效。r3/r4會被重新分配給A或者C，並產生回源。

使用其它算法，當緩存服務器B宕機時，r1/r2不再落在A上，r5/r6不再落在C上了。

也就是說A、B、C上的緩存都失效了，所有的請求都要回源。

 

這里不介紹一致性哈希算法的基本原理，如果不了解，先花個10分鍾看下這篇文章：

http://www.codeproject.com/Articles/56138/Consistent-hashing

 

在分析模塊代碼之前，先來看下nginx所實現的一致性哈希算法。

 

1. 初始化upstream塊

主要工作是創建和初始化真實節點、創建和初始化虛擬節點。

其中真實節點是使用round robin的方法創建的。

 

Q：總共有多少個虛擬節點，一個真實節點對應多少個虛擬節點？

累加真實節點的權重，算出總的權重值total_weight，虛擬節點的個數一般為total_weight * 160。

一個權重為weight的真實節點，對應的虛擬節點數為weight * 160。

 

Q：對於每一個真實節點，是如何創建其對應的虛擬節點的？

1. 真實節點的server成員是其server指令的第一個參數，首先把它解析為HOST和PORT。

    base_hash = crc32(HOST 0 PORT)

    一個真實節點對應weight * 160個虛擬節點，對於每個虛擬節點來說，base_hash都是一樣的。

2. 為了使每個虛擬節點的hash值都不同，又引入了PREV_HASH，它是上一個虛擬節點的hash值。

    hash = crc32(base_hash PREV_HASH)

3. 虛擬節點的server成員，指向真實節點的server成員。如此一來，通過比較虛擬節點和真實節點的

   server成員是否相同，可以判斷它們是否是相對應的。

 

創建和初始化好虛擬節點數組后，對其中的虛擬節點按照hash值進行排序，對於hash值相同的虛擬節點，只保留第一個。

經過上述步驟，我們得到一個所有虛擬節點組成的數組，其元素的hash值有序而不重復。也就是說，ring建立起來了。

 

2. 初始話請求的負載均衡數據

根據hash指令第一個參數的實時值KEY，KEY一般是$host$uri之類的，計算出本次請求的哈希值。

hash = crc32(KEY)

根據請求的哈希值，在虛擬節點數組中，找到“順時針方向”最近的一個虛擬節點，其索引為i。

什么叫順時針方向最近？就是point[i - 1].hash < hash <= point[i].hash。

本次請求就落在該虛擬節點上了，之后交由其對應的真實節點來處理。

 

3. 選取真實節點

在peer.init中，已經知道請求落在哪個虛擬節點上了。

在peer.get中，需要查找虛擬節點對應的真實節點。

根據虛擬節點的server成員，在真實節點數組中查找server成員相同的、可用的真實節點。

如果找不到，那么沿着順時針方向，繼續查找下一個虛擬節點對應的真實節點。

如果找到了一個，那么就是它了。

如果找到了多個，使用輪詢的方法從中選取一個。

 

4. 缺陷和改進

一個虛擬節點和一個真實節點，是依據它們的server成員來關聯的。

這會出現一種情況，一個虛擬節點對應了多個真實節點，因為：

如果server指令的第一個參數為域名，可能解析為多個真實節點，那么這些真實節點的server成員都是一樣的。

對於一個請求，計算其KEY的hash值，順時針找到最近的虛擬節點后，發現該虛擬節點對應了多個真實節點。

使用哪個真實節點呢？本模塊就使用輪詢的方法，來從多個真實節點中選一個。

但我們知道使用一致性哈希的場景中，真實節點一般是緩存服務器。

一個虛擬節點對應多個真實節點，會導致一個文件被緩存在多個緩存服務器上。

這會增加磁盤的使用量，以及回源量，顯然不是我們希望看到的。

 

解決這個問題的方法其實很簡單，就是虛擬節點和真實節點通過name成員來建立關聯。

因為就算對應同一條server配置，server的第一個參數為域名，各個真實節點的name成員也是唯一的。

這樣一來，找到了一個虛擬節點，就能找到一個唯一的真實節點，不會有上述問題了。

 

數據結構

 

1. 真實節點

就是采用round robin算法所創建的后端服務器，類型為ngx_http_upstream_rr_peer_t。

需要注意的是，如果server指令的第一個參數是IP和端口，那么一條server指令只對應一個真實節點。

如果server指令的第一個參數是域名，一條server指令可能對應多個真實節點。

它們的server成員是相同的，可以通過name成員區分。

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1. struct ngx_http_upstream_rr_peer_s {  
2.     struct sockaddr *sockaddr; /* 后端服務器的地址 */  
3.     socklen_t socklen; /* 地址的長度*/  
4.     ngx_str_t name; /* 后端服務器地址的字符串，server.addrs[i].name */  
5.     ngx_str_t server; /* server的名稱，server.name */  
6.        
7.     ngx_int_t current_weight; /* 當前的權重，動態調整，初始值為0 */  
8.     ngx_int_t effective_weight; /* 有效的權重，會因為失敗而降低 */  
9.     ngx_int_t weight; /* 配置項指定的權重，固定值 */  
10.   
11.     ngx_uint_t conns; /* 當前連接數 */  
12.   
13.     ngx_uint_t fails; /* "一段時間內"，已經失敗的次數 */  
14.     time_t accessed; /* 最近一次失敗的時間點 */  
15.     time_t checked; /* 用於檢查是否超過了"一段時間" */  
16.   
17.     ngx_uint_t max_fails; /* "一段時間內"，最大的失敗次數，固定值 */  
18.     time_t fail_timeout; /* "一段時間"的值，固定值 */  
19.     ngx_uint_t down; /* 服務器永久不可用的標志 */  
20.     ...  
21.     ngx_http_upstream_rr_peer_t *next; /* 指向下一個后端，用於構成鏈表 */  
22.     ...  
23. } ngx_http_upstream_rr_peer_t;  

ngx_http_upstream_rr_peers_t表示一組后端服務器，比如一個后端集群。

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1. struct ngx_http_upstream_rr_peers_s {  
2.     ngx_uint_t number; /* 后端服務器的數量 */  
3.     ...  
4.     ngx_uint_t total_weight; /* 所有后端服務器權重的累加值 */  
5.   
6.     unsigned single:1; /* 是否只有一台后端服務器 */  
7.     unsigned weighted:1; /* 是否使用權重 */  
8.   
9.     ngx_str_t *name; /* upstream配置塊的名稱 */  
10.   
11.     ngx_http_upstream_rr_peers_t *next; /* backup服務器集群 */  
12.     ngx_http_upstream_rr_peer_t *peer; /* 后端服務器組成的鏈表 */  
13. };  

 

2. 虛擬節點

一個真實節點，一般會對應weight * 160個虛擬節點。

虛擬節點的server成員，指向它所歸屬的真實節點的server成員，如此一來找到了一個虛擬節點后，

就能找到其歸屬的真實節點。

但這里有一個問題，通過一個虛擬節點的server成員，可能會找到多個真實節點，而不是一個。

因為如果server指令的第一個參數為域名，那么多個真實節點的server成員都是一樣的。

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1. typedef struct {  
2.     uint32_t hash; /* 虛擬節點的哈希值 */  
3.     ngx_str_t *server; /* 虛擬節點歸屬的真實節點，對應真實節點的server成員 */  
4. } ngx_http_upstream_chash_point_t;  
5.   
6. typedef struct {  
7.     ngx_uint_t number; /* 虛擬節點的個數 */  
8.     ngx_http_upstream_chash_point_t point[1]; /* 虛擬節點的數組 */  
9. } ngx_http_upstream_chash_points_t;  
10.   
11. typedef struct {  
12.     ngx_http_complex_value_t key; /* 關聯hash指令的第一個參數，用於計算請求的hash值 */  
13.     ngx_http_upstream_chash_points_t *points; /* 虛擬節點的數組 */  
14. } ngx_http_upstream_chash_points_t;  

 

3. 請求的一致性哈希數據

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1. typedef struct {  
2.     /* the round robin data must be first */  
3.     ngx_http_upstream_rr_peer_data_t rrp; /* round robin的per request負載均衡數據 */  
4.     ngx_http_upstream_hash_srv_conf_t *conf; /* server配置塊 */  
5.     ngx_str_t key; /* 對於本次請求，hash指令的第一個參數的具體值，用於計算本次請求的哈希值 */  
6.     ngx_uint_t tries; /* 已經嘗試的虛擬節點數 */  
7.     ngx_uint_t rehash; /* 本算法不使用此成員 */  
8.     uint32_t hash; /* 根據請求的哈希值，找到順時方向最近的一個虛擬節點，hash為該虛擬節點在數組中的索引 */  
9.     ngx_event_get_peer_pt get_rr_peer; /* round robin算法的peer.get函數 */  
10. } ngx_http_upstream_hash_peer_data_t;  

round robin的per request負載均衡數據。

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1. typedef struct {  
2.      ngx_http_upstream_rr_peers_t *peers; /* 后端集群 */  
3.      ngx_http_upstream_rr_peer_t *current; /* 當前使用的后端服務器 */  
4.      uintptr_t *tried; /* 指向后端服務器的位圖 */  
5.      uintptr_t data; /* 當后端服務器的數量較少時，用於存放其位圖 */  
6. } ngx_http_upstream_rr_peer_data_t;  

 

指令的解析函數

 

在一個upstream配置塊中，如果有hash指令，且它只帶一個參數，則使用的負載均衡算法為哈希算法，比如：

hash $host$uri;

在一個upstream配置塊中，如果有hash指令，且它帶了兩個參數，且第二個參數為consistent，則使用的

負載均衡算法為一致性哈希算法，比如：

hash $host$uri consistent;

 

這說明hash指令所屬的模塊ngx_http_upstream_hash_module同時實現了兩種負載均衡算法，而實際上

哈希算法、一致性哈希算法完全可以用兩個獨立的模塊來實現，它們本身並沒有多少關聯。

哈希算法的實現比較簡單，類似之前分析過的ip_hash，接下來分析的是一致性哈希算法。

 

hash指令的解析函數主要做了：

把hash指令的第一個參數，關聯到一個ngx_http_complex_value_t變量，之后可以通過該變量獲取參數的實時值。

指定此upstream塊中server指令支持的屬性。

根據hash指令攜帶的參數來判斷是使用哈希算法，還是一致性哈希算法。如果hash指令的第二個參數為"consistent"，

則表示使用一致性哈希算法，指定upstream塊的初始化函數uscf->peer.init_upstream。

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1. static char *ngx_http_upstream_hash(ngx_conf_t *cf, ngx_command_t *cmd, void *conf)  
2. {  
3.     ngx_http_upstream_hash_srv_conf_t *hcf = conf;  
4.     ngx_str_t *value;  
5.     ngx_http_upstream_srv_conf_t *uscf;  
6.     ngx_http_compile_complex_value_t ccv;  
7.   
8.     value = cf->args->elts;  
9.     ngx_memzero(&ccv, sizeof(ngx_http_compile_complex_value_t));  
10.   
11.     /* 把hash指令的第一個參數，關聯到一個ngx_http_complex_value_t變量， 
12.      * 之后可以通過該變量獲取參數的實時值。 
13.      */  
14.     ccv.cf = conf;  
15.     ccv.value = &value[1];  
16.     ccv.complex_value = &hcf->key;  
17.   
18.     if (ngx_http_compile_complex_value(&ccv) != NGX_OK)  
19.         return NGX_CONF_ERROR;  
20.   
21.     /* 獲取所在的upstream{}塊 */  
22.     uscf = ngx_http_conf_get_module_srv_conf(cf, ngx_http_upstream_module);  
23.     if (uscf->peer.init_upstream)  
24.         ngx_conf_log_error(NGX_LOG_WARN, cf, 0, "load balancing method redefined");  
25.   
26.     /* 指定此upstream塊中server指令支持的屬性 */  
27.     uscf->flags = NGX_HTTP_UPSTREAM_CREATE  
28.         | NGX_HTTP_UPSTREAM_WEIGHT  
29.         | NGX_HTTP_UPSTREAM_MAX_FAILS  
30.         | NGX_HTTP_UPSTREAM_FAIL_TIMEOUT  
31.         | NGX_HTTP_UPSTREAM_DOWN;  
32.   
33.     /* 根據hash指令攜帶的參數來判斷是使用哈希算法，還是一致性哈希算法。 
34.      * 每種算法都有自己的upstream塊初始化函數。 
35.       */  
36.     if (cf->args->nelts == 2)  
37.         uscf->peer.init_upstream = ngx_http_upstream_init_hash;  
38.     else if (ngx_strcmp(value[2].data, "consistent") == 0)  
39.         uscf->peer.init_upstream = ngx_http_upstream_init_chash;  
40.     else  
41.         ngx_conf_log_error(NGX_LOG_EMERG, cf, 0, "invalid parameter \"%V\"", &value[2]);  
42.   
43.     return NGX_CONF_OK;  
44. }  

 

初始化upstream塊

 

執行完指令的解析函數后，緊接着會調用所有HTTP模塊的init main conf函數。

在執行ngx_http_upstream_module的init main conf函數時，會調用所有upstream塊的初始化函數。

對於使用一致性哈希的upstream塊，其初始化函數（peer.init_upstream）就是上一步中指定

ngx_http_upstream_init_chash，它主要做了：

調用round robin的upstream塊初始化函數來創建和初始化真實節點

指定per request的負載均衡初始化函數peer.init

創建和初始化虛擬節點數組，使該數組中的虛擬節點有序而不重復

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1. static ngx_int_t ngx_http_upstream_init_chash(ngx_conf_t *cf, ngx_http_upstream_srv_conf_t *us)  
2. {  
3.     u_char *host, *port, c;  
4.     size_t host_len, port_len, size;  
5.     uint32_t hash, base_hash;  
6.     ngx_str_t *server;  
7.     ngx_uint_t npoints, i, j;  
8.     ngx_http_upstream_rr_peer_t *peer;  
9.     ngx_http_upstream_rr_peers_t *peers;  
10.     ngx_http_upstream_chash_points_t *points;  
11.     ngx_http_upstream_hash_srv_conf_t *hcf;  
12.     union {  
13.         uint32_t value;  
14.         u_char byte[4];  
15.     } prev_hash;  
16.   
17.     /* 使用round robin的upstream塊初始化函數，創建和初始化真實節點 */  
18.     if (ngx_http_upstream_init_round_robin(cf, us) != NGX_OK)  
19.         return NGX_ERROR:  
20.   
21.     /* 重新設置per request的負載均衡初始化函數 */  
22.     us->peer.init = ngx_http_upstream_init_chash_peer;  
23.   
24.     peers = us->peer.data; /* 真實節點的集群 */  
25.     npoints = peers->total_weight * 160;  
26.   
27.     /* 一共創建npoints個虛擬節點 */  
28.     size = sizeof(ngx_http_upstream_chash_points_t) +   
29.         sizeof(ngx_http_upstream_chash_point_t) * (npoints - 1);  
30.   
31.     points = ngx_palloc(cf->pool, size);  
32.     if (points == NULL)  
33.         return NGX_ERROR;  
34.   
35.     points->number = 0;  
36.   
37.     /* 初始化所有的虛擬節點 */  
38.     for (peer = peers->peer; peer; peer = peer->next) {  
39.         server = &peer->server; /* server指令的第一個參數, server.name */  
40.           
41.         /* Hash expression is compatible with Cache::Memcached::Fast: 
42.          * crc32(HOST 0 PORT PREV_HASH). 
43.          */  
44.         if (server->len >= 5 && ngx_strncasecmp(server->data, (u_char *) "unix:", 5) == 0)  
45.         {  
46.             host = server->data + 5;  
47.             host_len = server->len - 5;  
48.             port = NULL;  
49.             port_len = 0;  
50.             goto done;  
51.         }  
52.   
53.         /* 把每個peer的server成員，解析為HOST和PORT */  
54.         for (j = 0; j < server->len; j++) {  
55.             c = server->data[server->len - j - 1];  
56.   
57.             if (c == ":") {  
58.                 host = server->data;  
59.                 host_len = server->len - j - 1;  
60.                 port = server->data + server->len - j;  
61.                 port_len = j;  
62.                 goto done;  
63.             }  
64.   
65.             if (c < '0' || c > '9') /* 表示沒有指定端口 */  
66.                 break;  
67.         }  
68.   
69.         host = server->data;  
70.         host_len = server->len;  
71.         port = NULL;  
72.         port_len = 0;  
73.   
74.    done:  
75.         /* 根據解析peer的server成員所得的HOST和PORT，計算虛擬節點的base_hash值 */  
76.         ngx_crc32_init(base_hash);  
77.         ngx_crc32_update(&base_hash, host, host_len);  
78.         ngx_crc32_update(&base_hash, (u_char *) "", 1); /* 空字符串包含字符\0 */  
79.         ngx_crc32_update(&base_hash, port, port_len);  
80.           
81.         /* 對於歸屬同一個真實節點的虛擬節點，它們的base_hash值相同，而prev_hash不同 */  
82.         prev_hash.value = 0;  
83.         npoints = peer->weight * 160;  
84.   
85.         for (j = 0; j < npoints; j++) {  
86.             hash = base_hash;  
87.             ngx_crc32_update(&hash, prev_hash.byte, 4);  
88.             ngx_crc32_final(hash);  
89.   
90.             points->point[points->number].hash = hash; /* 虛擬節點的哈希值 */  
91.             points->point[points->number].server = server; /* 虛擬節點所歸屬的真實節點，對應真實節點的server成員 */  
92.             points->number++;  
93.   
94. #if (NGX_HAVE_LITTLE_ENDIAN)  
95.            prev_hash.value = hash;  
96. #else  
97.            prev_hash.byte[0] = (u_char) (hash & 0xff);  
98.            prev_hash.byte[1] = (u_char) ((hash >> 8) & 0xff);  
99.            prev_hash.byte[2] = (u_char) ((hash >> 16) & 0xff);  
100.            prev_hash.byte[3] = (u_char) ((hash >> 24) & 0xff);  
101. #endif  
102.         }     
103.     }  
104.   
105.     /* 使用快速排序，使虛擬節點數組的元素，按照其hash值從小到大有序 */  
106.     ngx_qsort(points->point, points->number, sizeof(ngx_http_upstream_chash_point_t),  
107.         ngx_http_upstream_chash_cmp_points);  
108.   
109.     /* 如果虛擬節點數組中，有多個元素的hash值相同，只保留第一個 */  
110.     for (i = 0, j = 1; j < points->number; j++)  
111.         if (points->point[i].hash != points->point[j].hash)  
112.             points->point[++i] = points->point[j];  
113.   
114.     /* 經過上述步驟后，虛擬節點數組中的元素，有序而不重復 */  
115.     points->number = i + 1;  
116.      
117.     hcf = ngx_http_conf_upstream_srv_conf(us, ngx_http_upstream_hash_module);  
118.     hcf->points = points; /* 保存虛擬節點數組 */  
119.   
120.     return NGX_OK;  
121. }  

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1. static int ngx_libc_cdel ngx_http_upstream_chash_cmp_points(const void *one, const void *two)  
2. {  
3.     ngx_http_upstream_chash_point_t *first = (ngx_http_upstream_chash_point_t *) one;  
4.     ngx_http_upstream_chash_point_t *second = (ngx_http_upstream_chash_point_t *) two;  
5.   
6.     if (first->hash < second->hash)  
7.         return -1;  
8.     else if (first->hash > second->hash)  
9.         return 1;  
10.     else  
11.         return 0;  
12. }  

 

初始化請求的負載均衡數據 

 

收到一個請求后，一般使用的反向代理模塊（upstream模塊）為ngx_http_proxy_module，

其NGX_HTTP_CONTENT_PHASE階段的處理函數為ngx_http_proxy_handler，在初始化upstream機制的

ngx_http_upstream_init_request函數中，調用在第二步中指定的peer.init，主要用於初始化請求的負載均衡數據。

對於一致性哈希，peer.init實例為ngx_http_upstream_init_chash_peer，主要做了：

首先調用hash算法的per request負載均衡初始化函數，創建和初始化請求的負載均衡數據。

重新指定peer.get，用於選取一個真實節點來處理本次請求。

獲取的本請求對應的hash指令的第一個參數值，計算請求的hash值。

尋找第一個hash值大於等於請求的哈希值的虛擬節點，即尋找“順時針方向最近”的一個虛擬節點。

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1. static ngx_int_t ngx_http_upstream_init_chash_peer(ngx_http_request_t *r, ngx_http_upstream_srv_conf_t *us)  
2. {  
3.     uint32_t hash;  
4.     ngx_http_upstream_hash_srv_conf_t *hcf;  
5.     ngx_http_upstream_hash_peer_data_t *hp;  
6.   
7.     /* 調用hash算法的per request負載均衡初始化函數，創建和初始化請求的負載均衡數據 */  
8.     if (ngx_http_upstream_init_hash_peer(r, us) != NGX_OK)  
9.         return NGX_ERROR;  
10.   
11.     /* 重新指定peer.get，用於選取一個真實節點 */  
12.     r->upstream->peer.get = ngx_http_upstream_get_chash_peer;  
13.   
14.     hp = r->upstream->peer.data;  
15.     hcf = ngx_http_conf_upstream_srv_conf(us, ngx_http_upstream_hash_module);  
16.   
17.     /* 根據獲取的本請求對應的hash指令的第一個參數值，計算請求的hash值 */  
18.     hash = ngx_crc32_long(hp->key.data, hp->key.len);  
19.   
20.     /* 根據請求的hash值，找到順時針方向最近的一個虛擬節點，hp->hash記錄此虛擬節點 
21.      * 在數組中的索引。 
22.      */  
23.     hp->hash = ngx_http_upstream_find_chash_point(hcf->points, hash);  
24.   
25.     return NGX_OK:  
26. }  

hash算法的per request負載均衡初始化函數。

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1. static ngx_int_t ngx_http_upstream_init_hash_peer(ngx_http_request_t *r, ngx_http_upstream_srv_conf_t *us)  
2. {  
3.     ngx_http_upstream_hash_srv_conf_t *hcf;  
4.     ngx_http_upstream_hash_peer_data_t *hp;  
5.   
6.     hp = ngx_palloc(r->pool, sizeof(ngx_http_upstream_hash_peer_data_t));  
7.     if (hp == NULL)  
8.         return NGX_ERROR:  
9.   
10.     /* 調用round robin的per request負載均衡初始化函數 */  
11.     r->upstream->peer.data = &hp->rrp;  
12.     if (ngx_http_upstream_init_round_robin_peer(r, us) != NGX_OK)  
13.         return NGX_ERROR;  
14.   
15.     r->upstream->peer.get = ngx_http_upstream_get_hash_peer;  
16.     hcf = ngx_http_conf_upstream_srv_conf(us, ngx_http_upstream_hash_module);  
17.   
18.    /* 獲取本請求對應的hash指令的第一個參數值，用於計算請求的hash值 */  
19.     if (ngx_http_complex_value(r, &hcf->key, &hp->key) != NGX_OK)  
20.         return NGX_ERROR;  
21.     ...  
22.     hp->conf = hcf;  
23.     hp->tries = 0;  
24.     hp->rehash = 0;  
25.     hp->hash = 0;  
26.     hp->get_rr_peer = ngx_http_upstream_get_round_robin_peer; /* round robin的peer.get函數 */  
27.   
28.     return NGX_OK;  
29. }  

我們知道虛擬節點數組是有序的，事先已按照虛擬節點的hash值從小到大排序好了。

現在使用二分查找，尋找第一個hash值大於等於請求的哈希值的虛擬節點，即“順時針方向最近”的一個虛擬節點。

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1. static ngx_uint_t ngx_http_upstream_find_chash_point(ngx_http_upstream_chash_points_t *points, uint32_t hash)  
2. {  
3.     ngx_uint_t i, j, k;  
4.     ngx_http_upstream_chash_point_t *point;  
5.       
6.     /* find first point >= hash */  
7.   
8.     point = &points->point[0];  
9.     i = 0;  
10.     j = points->number;'  
11.   
12.     while(i < j) {  
13.         k = (i + j) / 2;  
14.   
15.         if (hash > point[k].hash)  
16.             i = k + 1;  
17.         else if (hash < point[k].hash)  
18.             j = k;  
19.          else  
20.             return k;  
21.     }  
22.   
23.     return i;  
24. }  

 

選取一個真實節點

 

一般upstream塊中會有多個真實節點，那么對於本次請求，要選定哪一個真實節點呢？

對於一致性哈希算法，選取真實節點的peer.get函數為ngx_http_upstream_get_chash_peer。

 

其實在peer.init中，已經找到了該請求對應的虛擬節點了：

根據請求對應的hash指令的第一個參數值，計算請求的hash值。

尋找第一個哈希值大於等於請求的hash值的虛擬節點，即“順時針方向最近”的一個虛擬節點。

 

在peer.get中，需查找此虛擬節點對應的真實節點。

根據虛擬節點的server成員，在真實節點數組中查找server成員一樣的且可用的真實節點。

如果找不到，那么沿着順時針方向，繼續查找下一個虛擬節點對應的真實節點。

如果找到一個真實節點，那么就是它了。

如果找到多個真實節點，使用輪詢的方法從中選取一個。

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1. static ngx_http_upstream_get_chash_peer(ngx_peer_connection_t *pc, void *data)  
2. {  
3.     ngx_http_upstream_hash_peer_data_t *hp = data; /* 請求的負載均衡數據 */  
4.     time_t now;  
5.     intptr_t m;  
6.     ngx_str_t *server;  
7.     ngx_int_t total;  
8.     ngx_uint_t i, n, best_i;  
9.     ngx_http_upstream_rr_peer_t *peer, *best;  
10.     ngx_http_upstream_chash_point_t *point;  
11.     ngx_http_upstream_chash_points_t *points;  
12.     ngx_http_upstream_hash_srv_conf_t *hcf;  
13.     ...  
14.     pc->cached = 0;  
15.     pc->connection = NULL:  
16.     now = ngx_time();  
17.     hcf = hp->conf;  
18.     points = hcf->points; /* 虛擬節點數組 */  
19.     point = &points->point[0]; /* 指向第一個虛擬節點 */  
20.   
21.     for ( ; ; ) {  
22.         /* 在peer.init中，已根據請求的哈希值，找到順時針方向最近的一個虛擬節點， 
23.          * hash為該虛擬節點在數組中的索引。 
24.          * 一開始hash值肯定小於number，之后每嘗試一個虛擬節點后，hash++。取模是為了防止越界訪問。 
25.          */  
26.         server = point[hp->hash % points->number].server;  
27.         best = NULL;  
28.         best_i = 0;  
29.         total = 0;  
30.   
31.         /* 遍歷真實節點數組，尋找可用的、該虛擬節點歸屬的真實節點(server成員相同)， 
32.           * 如果有多個真實節點同時符合條件，那么使用輪詢來從中選取一個真實節點。 
33.           */  
34.         for (peer = hp->rrp.peers->peer, i = 0; peer; peer = peer->next, i++) {  
35.             /* 檢查此真實節點在狀態位圖中對應的位，為1時表示不可用 */  
36.             n = i / (8 * sizeof(uintptr_t));  
37.             m = (uintptr_t) 1 << i % (8 * sizeof(uintptr_t));  
38.             if (hp->rrp.tried[n] & m)  
39.                 continue;              
40.   
41.             /* server指令中攜帶了down屬性，表示后端永久不可用 */  
42.             if (peer->down)  
43.                 continue;  
44.   
45.             /* 如果真實節點的server成員和虛擬節點的不同，表示虛擬節點不屬於此真實節點 */  
46.             if (peer->server.len != server->len ||   
47.                 ngx_strncmp(peer->server.data, server->data, server->len) != 0)  
48.                 continue;  
49.   
50.            /* 在一段時間內，如果此真實節點的失敗次數，超過了允許的最大值，那么不允許使用了 */  
51.            if (peer->max_fails  
52.                 && peer->fails >= peer->max_fails  
53.                 && now - peer->checked <= peer->fail_timeout)  
54.                 continue;  
55.           
56.             peer->current_weight += peer->effective_weight; /* 對每個真實節點，增加其當前權重 */  
57.             total += peer->effective_weight; /* 累加所有真實節點的有效權重 */  
58.   
59.             /* 如果之前此真實節點發生了失敗，會減小其effective_weight來降低它的權重。           
60.              * 此后又通過增加其effective_weight來恢復它的權重。           
61.              */          
62.             if (peer->effective_weight < peer->weight)   
63.                 peer->effective_weight++;  
64.           
65.             /* 選取當前權重最大者，作為本次選定的真實節點 */  
66.             if (best == NULL || peer->current_weight > best->current_weight) {  
67.                 best = peer;  
68.                 best_i = i;  
69.             }  
70.         }  
71.   
72.         /* 如果選定了一個真實節點 */  
73.         if (best) {  
74.             best->current_weight -= total; /* 如果使用了輪詢，需要降低選定節點的當前權重 */  
75.             goto found;  
76.         }  
77.   
78.         hp->hash++; /* 增加虛擬節點的索引，即“沿着順時針方向” */  
79.         hp->tries++; /* 已經嘗試的虛擬節點數 */  
80.   
81.         /* 如果把所有的虛擬節點都嘗試了一遍，還找不到可用的真實節點 */  
82.         if (hp->tries >= points->number)  
83.             return NGX_BUSY;  
84.     }  
85.   
86. found: /* 找到了和虛擬節點相對應的、可用的真實節點了 */  
87.     hp->rrp.current = best; /* 選定的真實節點 */  
88.     /* 保存選定的后端服務器的地址，之后會向這個地址發起連接 */  
89.     pc->sockaddr = peer->sockaddr;  
90.     pc->socklen = peer->socklen;  
91.     pc->name = &peer->name;  
92.     best->conns++;  
93.   
94.     /* 更新checked時間 */  
95.     if (now - best->checked > best->fail_timeout)  
96.         best->checked = now;  
97.   
98.     n = best_i / (8 * sizeof(uintptr_t));  
99.     m = (uintptr_t) 1 << best_i % (8 * sizeof(uintptr_t));  
100.   
101.     /* 對於本次請求，如果之后需要再次選取真實節點，不能再選取同一個了 */      
102.     hp->rrp->tried[n] |= m;  
103.   
104.     return NGX_OK;  
105. }  

 

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