超全Nginx反向代理服务器原理+实战篇3

本文涉及的产品
云数据库 RDS MySQL,集群系列 2核4GB
推荐场景:
搭建个人博客
Redis 开源版,标准版 2GB
推荐场景:
搭建游戏排行榜
传统型负载均衡 CLB,每月750个小时 15LCU
简介: 超全Nginx反向代理服务器原理+实战篇

8.Nginx整合OpenResty+Lua脚本

8.1.OpenResty+Lua简介

(1)OpenResty介绍

基于Nginx和Lua的高性能web平台,内部集成精良的Lua库、第三方模块、依赖,开发者可以方便搭建能够处理高并发、扩展性极高的动态web应用、web服务、动态网关。
OpenResty将Nginx核心、LuaJIT、许多有用的Lua库和Nginx第三方模块打包在一起
Nginx是c语言开发,如果要二次扩展很麻烦,而基于OpenResty,开发人员可以使用Lua编程语言对Nginx核心模块进行二次扩展
性能强大,OpenResty可以快速构造出1万以上并发连接响应的超高性能web应用系统

(2)扩展

让web服务直接泡在Nginx内部服务器,充分利用Nginx的非阻塞I/O模型,不仅仅对HTTP客户端请求,甚至对于远程后端如MYSQL、Redis等都进行一直的高性能响应。所以对于一些高性能的服务来说,可以直接使用OpenResty访问MYSQL、Redis,而不需要通过第三方语言来访问,大大提高性能

(3)Lua脚本介绍

Lua由标准的c语言编写而成,没有提供强大的库,但可以很容易的被C/C++代码调用,也可以反过来调用C/C++的函数。
在应用程序中可以被广泛应用,不过Lua是一种脚本,不适合做复杂的业务场景。
LuaJIT是采用C和汇编语言写的Lua解释器与即使编译器

(4)什么是ngx_lua

ngx_lua是Nginx的一个模块,将Lua嵌入到Nginx中,从而可以使用Lua来编写脚本,部署到Nginx中运行,即Nginx变成了一个Web容器;开发人员就可以使用Lua语言开发高新跟那个Web应用了。

(5)OpenResty提供了常用的ngx_lua开发模块

  • lua-resty-memcached
  • lua-resty-mysql
  • lua-resty-redis
  • lua-resty-dns
  • lua-resty-limit-traffic
通过上述的模块,可以⽤来操作 mysql数据库、redis、memcached等,也可以⾃定义模块满⾜其他业务需求,很多经典的应⽤,⽐如开发缓存前置、数据过滤、API请求聚合、AB测试、灰度发布、降级、监控、限流、防⽕墙、⿊白名单等

(6)OpenResty安装

cd /etc/yum.repos.d/
wget https://openresty.org/package/centos/openresty.repo
yum check-update
yum clean all
yum makecache
yum install -y openresty
yum -y install openresty-resty
列出所有 openresty 仓库⾥的软件包
yum --disablerepo="*" --enablerepo="openresty" list available
查看版本
resty -V

8.2.Nginx+OpenResty简单案例

(1)Nginx+OpenResty开发

编辑:/usr/local/openresty/nginx/conf/nginx.conf
http{
  location /{
    content_by_lua_block{
      ngx.say("hello lixiang;李祥");
    }
  }
}
  • 启动nginx:./nginx
  • curl 127.0.0.1
  • 注意:如果需要指定配置⽂件 nginx -c 配置⽂件路径⽐如 ./nginx -c /usr/local/nginx/conf/nginx.conf
  • 140d3bfabba94b8d839b31bcc08a3a40.jpg

8.3.Nginx内置变量

Nginx内置变量

名称 说明
$arg_name 请求中的name参数
$args 请求中的参数
$content_length HTTP请求信息里的“Content-Length”
$content_type 请求信息里的“Content-Type”
$host 请求信息中的Host,如果请求中没有Host行,则等于设置的服务器名
$hostname 机器名使用gethostname系统调用的值
$host_cookie cookie信息
$http_referer 引用地址
$http_user_agent 客户端代理信息
$http_via 最后一个访问服务器的IP地址
$http_x_forwarded_for 相当于网络访问路径
$is_args 如果请求行带有参数,则返回”?“,则返回空字符串
$limit_rate 对连接速率的限制
$nginx_version 当前运行的nginx版本号
$pid worker进程的pid
$query_string 与$args相同
$remote_port 客户端端口号
$remote_addr 客户端IP地址
$request_method 请求的⽅法,⽐如"GET"、"POST"等
$request_uri 请求的URI,带参数
$scheme 所⽤的协议,⽐如http或者是https
$server_name 请求到达的服务器名
$server_port 请求到达的服务器端⼝号
$server_protocol 请求的协议版本,“HTTP/1.0"或"HTTP/1.1”
$uri 请求的URI,可能和最初的值有不同,⽐如经过重定向之类的

Nginx对于请求的处理分为多个阶段,从而让第三方模块通过挂在行为在不同的阶段来控制,大致如下

  • 初始化阶段(Initialization Phase)
  • init_by_lua_file
  • init_worker_by_lua_file
  • 重写与访问阶段(Rewrite/Access Phase)
  • rewrite_by_lua_file
  • access_by_lua_file
  • 内容生成阶段(Content Phase)
  • content_by_lua_file
  • 日志记录阶段(Log Phase)

8.4.开发内网访问限制

  • Nginx+OpenResty+Lua开发内网访问限制
  • 生产环境-管理后台一般需要指定的网络才可以访问,网段/ip等
http{
  #这里设置为off,为了避免每次修改之后都要重新reload的麻烦,缓存lua脚本,生产环境上设为on
  lua_code_cache off;
  #lua_package_path可以配置openrestry的文件寻址路径,$PERFIX为openrestry安装路径
  #文件名使用"?"作为通配符,多个路径使用";"分割。默认的查找路径用";;"
  #设置纯Lua扩展库的搜寻地址
  lua_package_path "$prefix/lualib/?.lua;;";
  #设置c编写的Lua加班呢的搜寻地址
  lua_package_cpath "$prefix/lualib/?.so;;";
  server {
    location /{
      access_by_lua_file lua/while_ip_list.lua;
      proxy_pass http://lbs;
    }
  }
}
  • 编写lua脚本
local black_ips={["127.0.0.1"]=true}
local ip=ngx.var.remote_addr
if true == black_ips[ip] then
  ngx.exit(ngx.HTTP_FORBIDDEN)
  return;
end

23486c0b824e418e93ec431c721c8ed7.jpg

  • ip封禁的架构

a2c5f122ba8649b08e24d9899ff229c6.jpg

8.5.开发资源下载限速

  • Nginx+OpenResty开发资源下载限速
  • 限速限流应用场景
  • 下载限速:保护宽带及服务器的IO资源
  • 请求限流:防止恶意攻击,保护服务器及资源安全
  • 限制某个用户在一个给定时间段内能够产生的HTTP请求数
  • 限流用在保护上游应用服务器不被在同一时刻的大用户量访问
  • openResty下载限速案例实操
  • Nginx有一个$limit_rate,这个反应的是但前请求每秒能响应的字节数,该字节数默认位配置文件中limit_rate指令的设置。
location /download/{
  access_by_lua_block{
    ngx.var.limit_rate = "300K"
  }
  alias /usr/local/software/;
}

8b3d442fdb584a97b679e853a03c813a.jpg

8.6.漏桶算法和令牌桶算法

(1)什么是漏桶算法

如果是请求限流,请求先进入到漏桶里,漏桶以固定的速度出水,也就是处理请求,当水加的过快也就是请求过多,桶会直接溢出,也就是请求被丢弃拒绝,所以漏桶算法能清醒限制数据的传输速率或请求数

(2)什么是令牌桶算法

备注:只要突发并发量不⾼于桶⾥⾯存储的令牌数据,就可以充分利⽤好机器⽹络资源。如果桶内令牌数量⼩于被消耗的量,则产⽣的令牌的速度就是均匀处理请求的速度

9.Nginx高可用LVS+Keepalived

9.1.LVS+Keepalived架构


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9.2.什么是LVS

LVS是Linux Virtual Server,Linux虚拟服务器,是一个虚拟的服务器集群系统
Linux2.4内核以后,LVS已经是Linux标准内核的一部分

LVS提供了10多种调度算法:轮询、加权轮询、最小连接、目标地址散列、源地址散列等

三种负载均衡转发技术

NAT:数据进出都通过LVS,前端的Master即要对客户端发出的请求做处理,又要对后台RealServer的响应信息做处理,将RealServer响应的信息再转发给客户端,容易成为整个集群系统性能那个的瓶颈 (⽀持任意系统且可以实现端⼝映射)

DR:移花接木,最高效的负载均衡规则,前端的Master只处理客户端的请求,将请求转发给RealServer,由后台的RealServer直接响应客户端,不在经过Master,性能要优于NAT,需要LVS和RS绑定同一个VIP(⽀持多数系统,不可以实现端⼝映射)

TUNL:隧道技术,前端的Master只处理客户端的请求,将请求转发给RealServer,然后由后台的RealServer直接响应客户端,不再经过Master;(⽀持少数系统,不可以实现端⼝映射))

9.3.什么是keepalived

监控并管理LVS集群系统中各个服务节点的状态
keepalived是一个类似于交换机制的软件,核心是检测服务器的状态,如果有一台web服务器工作出现故障,keepalived将检测到并将有故障的服务器从系统中剔除,使用其他服务器代替该服务器的工作,当服务器工作正常后Keepalived自动将服务器加入到服务器集群中。
后来加入了vrrp(虚拟路由器冗余协议),除了为LVS提供高可用还可以为其他服务器如mysql等提供高可用方案

9.4.keepalived安装

#yum安装
yum -y install keepalived
#配置路径
/etc/keepalived/keepalived.conf
#启动命令
service keepalived start
#停止命令
service keepalived stop
#重启命令
service keepalived restart
#查看状态
service keepalived status
  • 注意:如果缺少依赖可以执行下面命令
yum install -y gcc
yum install -y openssl-devel
yum install -y libnl libnl-devel
yum install -y libnfnetlink-devel
yum install -y net-tools
yum install -y vim wget

9.5.keepalived.conf核心配置

! Configuration File for keepalived
global_defs {
   router_id LVS_DEVEL # 设置lvs的id,在一个网络内应该是唯一的
   enable_script_security #允许执行外部脚本
}
#配置vrrp_script,主要用于健康检查及检查失败后执行的动作。
vrrp_script chk_real_server {
#健康检查脚本,当脚本返回值不为0时认为失败
    script "/usr/local/software/conf/chk_server.sh"
#检查频率,以下配置每2秒检查1次
    interval 2
#当检查失败后,将vrrp_instance的priority减小5
    weight -5
#连续监测失败3次,才认为真的健康检查失败。并调整优先级
    fall 3
#连续监测2次成功,就认为成功。但不调整优先级
    rise 2
    user root
}
#配置对外提供服务的VIP vrrp_instance配置
vrrp_instance VI_1 {
#指定vrrp_instance的状态,是MASTER还是BACKUP主要还是看优先级。
    state MASTER
#指定vrrp_instance绑定的网卡,最终通过指定的网卡绑定VIP
    interface ens33
#相当于VRID,用于在一个网内区分组播,需要组播域内内唯一。
    virtual_router_id 51
#本机的优先级,VRID相同的机器中,优先级最高的会被选举为MASTER
    priority 100
#心跳间隔检查,默认为1s,MASTER会每隔1秒发送一个报文告知组内其他机器自己还活着。
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
#定义虚拟IP(VIP)为192.168.159.100,可多设,每行一个
    virtual_ipaddress {
        192.168.159.100
    }
    #本vrrp_instance所引用的脚本配置,名称就是vrrp_script 定义的容器名
  track_script {
      chk_real_server
    }
}
# 定义对外提供服务的LVS的VIP以及port
virtual_server 192.168.159.100 80 {
    # 设置健康检查时间,单位是秒
    delay_loop 6
    # 设置负载调度的算法为rr
    lb_algo rr
    # 设置LVS实现负载的机制,有NAT、TUN、DR三个模式
    lb_kind NAT
    # 会话保持时间
    persistence_timeout 50
   #指定转发协议类型(TCP、UDP)
    protocol TCP
    # 指定real server1的IP地址
    real_server 192.168.159.146 80 {
        # 配置节点权值,数字越大权重越高
        weight 1
        # 健康检查方式
        TCP_CHECK {                  # 健康检查方式
            connect_timeout 10       # 连接超时
            retry 3           # 重试次数
            delay_before_retry 3     # 重试间隔
            connect_port 80          # 检查时连接的端口
        }
    }
}
  • 配置注意
router_id后面跟的自定义的ID在同一个网络下是一致的
state后跟的MASTER和BACKUP必须大写
interface 虚拟网卡ID,只要是没有在用的IP即可
在BACKUP节点上,其keepalived.conf与Master上基本⼀致,修改state为BACKUP,priority值改⼩即可
authentication主备之间的认证⽅式,⼀般使⽤PASS即可;主备的配置必须⼀致,不能超过8位

9.6.启动keeplived验证

  • 启动keeplived验证

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  • 当master宕机后虚拟IP就会飘逸到backup上


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  • 当nginx服务宕机后,但是对应的keepalived节点存活依旧可以转发过去,但是响应失败,需要配合shell脚本检测nginx服务,如果nginx服务宕机,就结束keepalived进程
  • 脚本监听
#配置vrrp_script,主要用于健康检查及检查失败后执行的动作。
vrrp_script chk_real_server {
#健康检查脚本,当脚本返回值不为0时认为失败
    script "/usr/local/software/conf/chk_server.sh"
#检查频率,以下配置每2秒检查1次
    interval 2
#当检查失败后,将vrrp_instance的priority减小5
    weight -5
#连续监测失败3次,才认为真的健康检查失败。并调整优先级
    fall 3
#连续监测2次成功,就认为成功。但不调整优先级
    rise 2
    user root
}
  • chk_server.sh脚本内容(需要 chmod +x chk_server.sh)
#!/bin/bash
#检查nginx进程是否存在
counter=$(ps -C nginx --no-heading|wc -l)
if [ "${counter}" -eq "0" ]; then
    service keepalived stop
    echo 'nginx server is died.......'
fi
  • 常见问题
vip能ping通,vip监听的端口不通: 第一个原因:nginx1和nginx2两台服务器的服务没有正常启动
vip ping不通: 核对是否出现裂脑,常见原因为防火墙配置所致导致多播心跳失败,核对keepalived的配置是否正确
  • 特别注意: 需要关闭selinux,不然sh脚本可能不生效
  • getenforce 查看
  • setenforce 0 关闭

10.Nginx基础架构模型剖析

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  • 高性能原理
  • nginx通过多进程+io多路复用(epoll)实现了高并发
  • 采用多个worker进程实现对cpu的利用,通过eopll对多文件描述符事件回调机制
  • 拓展:linux I/O多路复⽤有select,poll,epoll


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