nginx做負載均衡器以及proxy緩存配置

nginx做負載均衡器以及proxy緩存配置

關于nginx的安裝和基本配置請參考nginx,本文在原基礎上完成以下幾個功能:

結合proxy和upstream模塊實現nginx負載均衡

結合nginx_upstream_check_module模塊實現后端服務器的健康檢查

使用nginx-sticky-module擴展模塊實現Cookie會話黏貼(session-sticky效果)

使用proxy模塊實現靜態文件緩存

使用ngx_cache_purge實現更強大的緩存清除功能

1. 安裝及模塊說明

上面提到的3個模塊都屬于第三方擴展模塊,需要提前下好源碼,然后編譯時通過--add-moudle=src_path一起安裝。

注意:

使用 nginx_upstream_check_module(簡記為m1) 時要先為nginx打上相應版本的patch,我的nginx版本為 1.6.3,所以patch對應 m1 解壓后目錄下的check_1.5.12+.patch,所以進入nginx源碼目錄,執行 patch -p1 …(見下方示例)

nginx-sticky-module-ng(簡記為m2) 模塊可以單獨使用,但是因為m1監控檢查的方式是依賴于m2的,所以要使用m2,還要對m1打上patch,進入m2源碼目錄,執行 patch -p0…

編譯示例:(CentOS 6.5 x86_64, nginx 1.6.3)

# yum -y install gcc gcc-c++ make libtool zlib zlib-devel openssl openssl--devel pcre pcre-devel

# cd nginx-1.6.3

# patch -p1 < ../nginx_upstream_check_module-0.3.0/check_1.5.12+.patch

# cd ../nginx-sticky-module-ng-1.2.5

# patch -p0 < ../nginx_upstream_check_module-0.3.0/nginx-sticky-module.patch

# ./configure --prefix=/usr/local/nginx-1.6 --with-pcre

--with-http_stub_status_module --with-http_ssl_module --with-http_gzip_static_module --with-http_realip_module

--add-module=../nginx_upstream_check_module-0.3.0 --add-module=../nginx-sticky-module-ng-1.2.5 --add-module=../ngx_cache_purge-2.3

# make && make install

如果你想在已安裝好的nginx上添加第三方模塊,依然需要重新編譯,但為了不覆蓋你原有的配置,請不要make install,而是直接拷貝可執行文件:

# nginx -V//可以看到原來的編譯選項,下面用到

# ./configure ... --add-module=..//你的第三方模塊

# make//make后不要install,改用手動拷貝。先備份

# cp objs/nginx /usr/local/nginx-1.6/sbin/nginx

2. nginx-sticky-module

項目地址:https://bitbucket.org/nginx-goodies/nginx-sticky-module-ng

這個模塊的作用是通過cookie黏貼的方式將來自同一個客戶端(瀏覽器)的請求發送到同一個后端服務器上處理,這樣一定程度上可以解決多個backend servers的session同步的問題 —— 因為不再需要同步,而RR輪詢模式必須要運維人員自己考慮session同步的實現。

另外內置的 ip_hash 也可以實現根據客戶端IP來分發請求,但它很容易造成負載不均衡的情況,而如果nginx前面有CDN網絡或者來自同一局域網的訪問,它接收的客戶端IP是一樣的,容易造成負載不均衡現象。淘寶Tengine的 ngx_http_upstream_session_sticky_module 也是類似的功能。nginx-sticky-module的cookie過期時間,默認瀏覽器關閉就過期,也就是會話方式。

這個模塊并不合適不支持 Cookie 或手動禁用了cookie的瀏覽器,此時默認sticky就會切換成RR。它不能與ip_hash同時使用。

2.1 sticky配置

upstream backend {

server172.29.88.226:8080weight=1;

server172.29.88.227:8080weight=1;

sticky;

}

配置起來超級簡單,一般來說一個sticky指令就夠了。

sticky [name=route] [domain=.foo.bar] [path=/] [expires=1h] [hash=index|md5|sha1] [no_fallback];:

name: 可以為任何的 string 字符,默認是 route

domain:哪些域名下可以使用這個 cookie

path:哪些路徑對啟用 sticky,例如 path/test,那么只有 test 這個目錄才會使用 sticky 做負載均衡

expires:cookie 過期時間,默認瀏覽器關閉就過期,也就是會話方式。

no_fallbackup:如果設置了這個,cookie 對應的服務器宕機了,那么將會返回502(bad gateway 或者 proxy error),建議不啟用

你在查看官方文檔可能會注意到里面也有個 sticky 指令,要說它們的作用幾乎是一樣的,但是你可能注意到This directive is available as part of our commercial subscription.的說明 —— 這是nginx商業版本里才有的特性。包括后面的check指令,在nginx的商業版本里也有對應的health_check(配在 location )實現幾乎一樣的監控檢查功能。

2.2 load-balance其它調度方案

這里順帶介紹一下nginx的負載均衡模塊支持的其它調度算法:

輪詢(默認) : 每個請求按時間順序逐一分配到不同的后端服務器,如果后端某臺服務器宕機,故障系統被自動剔除,使用戶訪問不受影響。Weight 指定輪詢權值,Weight值越大,分配到的訪問機率越高,主要用于后端每個服務器性能不均的情況下。

ip_hash: 每個請求按訪問IP的hash結果分配,這樣來自同一個IP的訪客固定訪問一個后端服務器,有效解決了動態網頁存在的session共享問題。當然如果這個節點不可用了,會發到下個節點,而此時沒有session同步的話就注銷掉了。

least_conn: 請求被發送到當前活躍連接最少的realserver上。會考慮weight的值。

url_hash: 此方法按訪問url的hash結果來分配請求,使每個url定向到同一個后端服務器,可以進一步提高后端緩存服務器的效率。Nginx本身是不支持url_hash的,如果需要使用這種調度算法,必須安裝Nginx 的hash軟件包 nginx_upstream_hash 。

fair: 這是比上面兩個更加智能的負載均衡算法。此種算法可以依據頁面大小和加載時間長短智能地進行負載均衡,也就是根據后端服務器的響應時間來分配請求,響應時間短的優先分配。Nginx本身是不支持fair的,如果需要使用這種調度算法,必須下載Nginx的 upstream_fair 模塊。

3. 負載均衡與健康檢查

嚴格來說,nginx自帶是沒有針對負載均衡后端節點的健康檢查的,但是可以通過默認自帶的 ngx_http_proxy_module 模塊和 ngx_http_upstream_module 模塊中的相關指令來完成當后端節點出現故障時,自動切換到下一個節點來提供訪問。

3.1 load-balance示例

upstream backend {

ip_hash;

server172.29.88.226:8080weight2;

server172.29.88.226:8080weight=1max_fails=2fail_timeout=30s;

server172.29.88.227:8080backup;

}

server {

location / {

proxy_pass http://backend;

proxy_next_upstream error timeout invalid_header http_500 http_502 http_503 http_504;

}

weight: 輪詢權值也是可以用在ip_hash的,默認值為1

max_fails: 允許請求失敗的次數,默認為1。當超過最大次數時,返回proxy_next_upstream 模塊定義的錯誤。

fail_timeout: 有兩層含義,一是在 30s 時間內最多容許 2 次失敗;二是在經歷了 2 次失敗以后,30s時間內不分配請求到這臺服務器。

backup: 預留的備份機器。當其他所有的非backup機器出現故障的時候,才會請求backup機器,因此這臺機器的壓力最輕。(為什么我的1.6.3版本里配置backup啟動nginx時說invalid parameter "backup"?)

max_conns: 限制同時連接到某臺后端服務器的連接數,默認為0即無限制。因為queue指令是commercial,所以還是保持默認吧。

proxy_next_upstream: 這個指令屬于 http_proxy 模塊的,指定后端返回什么樣的異常響應時,使用另一個realserver

3.2 nginx_upstream_check_module

nginx_upstream_check_module 是專門提供負載均衡器內節點的健康檢查的外部模塊,由淘寶的姚偉斌大神開發,通過它可以用來檢測后端 realserver 的健康狀態。如果后端 realserver 不可用,則后面的請求就不會轉發到該節點上,并持續檢查幾點的狀態。在淘寶自己的 tengine 上是自帶了該模塊。項目地址:https://github.com/yaoweibin/nginx_upstream_check_module

下面的是一個帶后端監控檢查的 nginx.conf 配置:

upstream backend {

sticky;? ? # or simple round-robin

server172.29.88.226:8080weight=2;

server172.29.88.226:8081weight=1max_fails=2fail_timeout=30s;

server172.29.88.227:8080weight=1max_fails=2fail_timeout=30s;

server172.29.88.227:8081;

check interval=5000rise=2fall=3timeout=1000type=http;

check_http_send "HEAD / HTTP/1.0\r\n\r\n";

check_http_expect_alive http_2xx http_3xx;

}

server {

location / {

proxy_pass http://backend;

}

location /status {

check_status;

access_log? off;

allow172.29.73.23;

deny all;

}

上面配置的意思是,對name這個負載均衡條目中的所有節點,每個5秒檢測一次,請求2次正常則標記 realserver狀態為up,如果檢測 3 次都失敗,則標記 realserver的狀態為down,超時時間為1秒。

check指令只能出現在upstream中:

interval: 向后端發送的健康檢查包的間隔。

fall: 如果連續失敗次數達到fall_count,服務器就被認為是down。

rise: 如果連續成功次數達到rise_count,服務器就被認為是up。

timeout: 后端健康請求的超時時間。

default_down: 設定初始時服務器的狀態,如果是true,就說明默認是down的,如果是false,就是up的。默認值是true,也就是一開始服務器認為是不可用,要等健康檢查包達到一定成功次數以后才會被認為是健康的。

type:健康檢查包的類型,現在支持以下多種類型

tcp:簡單的tcp連接,如果連接成功,就說明后端正常。

http:發送HTTP請求,通過后端的回復包的狀態來判斷后端是否存活。

ajp:向后端發送AJP協議的Cping包,通過接收Cpong包來判斷后端是否存活。

ssl_hello:發送一個初始的SSL hello包并接受服務器的SSL hello包。

mysql: 向mysql服務器連接,通過接收服務器的greeting包來判斷后端是否存活。

fastcgi:發送一個fastcgi請求,通過接受解析fastcgi響應來判斷后端是否存活

port: 指定后端服務器的檢查端口。你可以指定不同于真實服務的后端服務器的端口,比如后端提供的是443端口的應用,你可以去檢查80端口的狀態來判斷后端健康狀況。默認是0,表示跟后端server提供真實服務的端口一樣。該選項出現于Tengine-1.4.0。

如果 type 為 http ,你還可以使用check_http_send來配置http監控檢查包發送的請求內容,為了減少傳輸數據量,推薦采用 HEAD 方法。當采用長連接進行健康檢查時,需在該指令中添加keep-alive請求頭,如:HEAD / HTTP/1.1\r\nConnection: keep-alive\r\n\r\n。當采用 GET 方法的情況下,請求uri的size不宜過大,確保可以在1個interval內傳輸完成,否則會被健康檢查模塊視為后端服務器或網絡異常。

check_http_expect_alive指定HTTP回復的成功狀態,默認認為 2XX 和 3XX 的狀態是健康的。

4. nginx的proxy緩存使用

nginx的頁面緩存功能與上面的負載均衡和健康檢查是沒有關系的,放在這里一是因為懶得再起一篇文章,二是再有load-balance的地方一般都會啟用緩存的。

緩存也就是將js、css、image等靜態文件從tomcat緩存到nginx指定的緩存目錄下,既可以減輕tomcat負擔,也可以加快訪問速度,但這樣緩存及時清理成為了一個問題,所以需要ngx_cache_purge這個模塊來在過期時間未到之前,手動清理緩存。(這里有篇文章,對比使用緩存、不使用緩存、使用動靜分離三種情況下,高并發性能比較。使用代理緩存功能性能會高出很多倍)

http {

... // $upstream_cache_status記錄緩存命中率

log_format? main'$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '

'$status $body_bytes_sent "$http_referer" '

'"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"'

'"$upstream_cache_status"';

proxy_temp_path? /usr/local/nginx-1.6/proxy_temp;

proxy_cache_path /usr/local/nginx-1.6/proxy_cache levels=1:2keys_zone=cache_one:100m inactive=2d max_size=2g;

server {

listen80;

server_name? ittest.example.com;

root? html;

index? index.html index.htm index.jsp;

location ~ .*\.(gif|jpg|png|html|css|js|ico|swf|pdf)(.*) {

proxy_pass? http://backend;

proxy_redirect off;

proxy_set_header Host $host;

proxy_set_header? X-Real-IP? $remote_addr;

proxy_set_header? X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;

proxy_cache cache_one;

add_header Nginx-Cache $upstream_cache_status;

proxy_cache_valid2003043013028h;

proxy_cache_valid4041m;

proxy_cache_valid? any2d;

proxy_cache_key $host$uri$is_args$args;

expires30d;

}

location ~ /purge(/.*) {

#設置只允許指定的IP或IP段才可以清除URL緩存。

allow127.0.0.1;

allow172.29.73.0/24;

deny? ? all;

proxy_cache_purge? cache_one $host$1$is_args$args;

error_page405=200/purge$1;

}

}

}

說明

proxy_temp_path: 緩存臨時目錄。后端的響應并不直接返回客戶端,而是先寫到一個臨時文件中,然后被rename一下當做緩存放在 proxy_cache_path 。0.8.9版本以后允許temp和cache兩個目錄在不同文件系統上(分區),然而為了減少性能損失還是建議把它們設成一個文件系統上。

proxy_cache_path ...: 設置緩存目錄,目錄里的文件名是 cache_key 的MD5值。

levels=1:2 keys_zone=cache_one:50m表示采用2級目錄結構,Web緩存區名稱為cache_one,內存緩存空間大小為100MB,這個緩沖zone可以被多次使用。文件系統上看到的緩存文件名類似于 /usr/local/nginx-1.6/proxy_cache/c/29/b7f54b2df7773722d382f4809d65029c

inactive=2d max_size=2g表示2天沒有被訪問的內容自動清除,硬盤最大緩存空間為2GB,超過這個大學將清除最近最少使用的數據。

proxy_cache: 引用前面定義的緩存區 cache_one

proxy_cache_key: 定義cache_key

proxy_cache_valid: 為不同的響應狀態碼設置不同的緩存時間,比如200、302等正常結果可以緩存的時間長點,而404、500等緩存時間設置短一些,這個時間到了文件就會過期,而不論是否剛被訪問過。

expires: 在響應頭里設置Expires:或Cache-Control:max-age,返回給客戶端的瀏覽器緩存失效時間。

關于緩存的失效期限上面有三個選項:X-Accel-Expires、inactive、proxy_cache_valid、expires,它們之間是有優先級的,按上面的順序如果在header里設置 X-Accel-Expires 則它的優先級最高,否則inactive優先級最高。更多資料請參考nginx緩存優先級這里

清除緩存

上述配置的proxy_cache_purge指令用于方便的清除緩存,但必須按照第三方的 ngx_cache_purge 模塊才能使用,項目地址:https://github.com/FRiCKLE/ngx_cache_purge/

使用 ngx_cache_purge 模塊清除緩存有2種辦法(直接刪除緩存目錄下的文件也算一種辦法):

echo發送PURGE指令

proxy_cache_purge PURGE from 127.0.0.1表示只允許在來自本地的清除指令

1

# echo -e'PURGE / HTTP/1.0\r\n'| nc 127.0.0.1 80

GET方式請求URL

即使用配置文件中的location ~ /purge(/.*),瀏覽器訪問http://ittest.example.com/purge/your/may/path來清除緩存,或者echo -e 'GET /purge/ HTTP/1.0\r\n' | nc ittest.example.com 80

參考

official documentation

Nginx實戰系列之功能篇—-后端節點健康檢查

Tengine nginx_upstream_check_module

nginx反向代理tomcat集群做負載均衡緩存

web內容緩存 nginx高性能緩存詳解

使用nginx sticky實現基于cookie的負載均衡

原文鏈接地址:http://seanlook.com/2015/05/22/nginx-cache-check/

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