nginx做负载均衡器以及proxy缓存配置

关于nginx的安装和基本配置请参考nginx,本文在原基础上完成以下几个功能:

  • 结合proxy和upstream模块实现nginx负载均衡
  • 结合nginx_upstream_check_module模块实现后端服务器的健康检查
  • 使用nginx-sticky-module扩展模块实现Cookie会话黏贴(session-sticky效果)
  • 使用proxy模块实现静态文件缓存
  • 使用ngx_cache_purge实现更强大的缓存清除功能

1. 安装及模块说明

上面提到的3个模块都属于第三方扩展模块,需要提前下好源码,然后编译时通过--add-moudle=src_path一起安装。

注意:

  • 使用 nginx_upstream_check_module(简记为m1) 时要先为nginx打上相应版本的patch,我的nginx版本为 1.6.3,所以patch对应 m1 解压后目录下的check_1.5.12+.patch,所以进入nginx源码目录,执行 patch -p1 …(见下方示例)
  • nginx-sticky-module-ng(简记为m2) 模块可以单独使用,但是因为m1监控检查的方式是依赖于m2的,所以要使用m2,还要对m1打上patch,进入m2源码目录,执行 patch -p0…

编译示例:(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

如果你想在已安装好的nginx上添加第三方模块,依然需要重新编译,但为了不覆盖你原有的配置,请不要make install,而是直接拷贝可执行文件:

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# nginx -V //可以看到原来的编译选项,下面用到
# ./configure ... --add-module=.. //你的第三方模块
# make //make后不要install,改用手动拷贝。先备份
# cp objs/nginx /usr/local/nginx-1.6/sbin/nginx

2. nginx-sticky-module

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

这个模块的作用是通过cookie黏贴的方式将来自同一个客户端(浏览器)的请求发送到同一个后端服务器上处理,这样一定程度上可以解决多个backend servers的session同步的问题 —— 因为不再需要同步,而RR轮询模式必须要运维人员自己考虑session同步的实现。

另外内置的 ip_hash 也可以实现根据客户端IP来分发请求,但它很容易造成负载不均衡的情况,而如果nginx前面有CDN网络或者来自同一局域网的访问,它接收的客户端IP是一样的,容易造成负载不均衡现象。淘宝Tengine的 ngx_http_upstream_session_sticky_module 也是类似的功能。nginx-sticky-module的cookie过期时间,默认浏览器关闭就过期,也就是会话方式。

这个模块并不合适不支持 Cookie 或手动禁用了cookie的浏览器,此时默认sticky就会切换成RR。它不能与ip_hash同时使用。

nginx-lb-sticky.jpg

2.1 sticky配置

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upstream backend {
server 172.29.88.226:8080 weight=1;
server 172.29.88.227:8080 weight=1;
sticky;
}

配置起来超级简单,一般来说一个sticky指令就够了。

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

  • name: 可以为任何的 string 字符,默认是 route
  • domain:哪些域名下可以使用这个 cookie
  • path:哪些路径对启用 sticky,例如 path/test,那么只有 test 这个目录才会使用 sticky 做负载均衡
  • expires:cookie 过期时间,默认浏览器关闭就过期,也就是会话方式。
  • no_fallbackup:如果设置了这个,cookie 对应的服务器宕机了,那么将会返回502(bad gateway 或者 proxy error),建议不启用

你在查看官方文档可能会注意到里面也有个 sticky 指令,要说它们的作用几乎是一样的,但是你可能注意到This directive is available as part of our commercial subscription.的说明 —— 这是nginx商业版本里才有的特性。包括后面的check指令,在nginx的商业版本里也有对应的health_check(配在 location )实现几乎一样的监控检查功能。

2.2 load-balance其它调度方案

这里顺带介绍一下nginx的负载均衡模块支持的其它调度算法:

  • 轮询(默认) : 每个请求按时间顺序逐一分配到不同的后端服务器,如果后端某台服务器宕机,故障系统被自动剔除,使用户访问不受影响。Weight 指定轮询权值,Weight值越大,分配到的访问机率越高,主要用于后端每个服务器性能不均的情况下。
  • ip_hash : 每个请求按访问IP的hash结果分配,这样来自同一个IP的访客固定访问一个后端服务器,有效解决了动态网页存在的session共享问题。当然如果这个节点不可用了,会发到下个节点,而此时没有session同步的话就注销掉了。
  • least_conn : 请求被发送到当前活跃连接最少的realserver上。会考虑weight的值。
  • url_hash : 此方法按访问url的hash结果来分配请求,使每个url定向到同一个后端服务器,可以进一步提高后端缓存服务器的效率。Nginx本身是不支持url_hash的,如果需要使用这种调度算法,必须安装Nginx 的hash软件包 nginx_upstream_hash 。
  • fair : 这是比上面两个更加智能的负载均衡算法。此种算法可以依据页面大小和加载时间长短智能地进行负载均衡,也就是根据后端服务器的响应时间来分配请求,响应时间短的优先分配。Nginx本身是不支持fair的,如果需要使用这种调度算法,必须下载Nginx的 upstream_fair 模块。

3. 负载均衡与健康检查

严格来说,nginx自带是没有针对负载均衡后端节点的健康检查的,但是可以通过默认自带的 ngx_http_proxy_module 模块和 ngx_http_upstream_module 模块中的相关指令来完成当后端节点出现故障时,自动切换到下一个节点来提供访问。

3.1 load-balance示例

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upstream backend {
ip_hash;
server 172.29.88.226:8080 weight 2;
server 172.29.88.226:8080 weight=1 max_fails=2 fail_timeout=30s ;
server 172.29.88.227:8080 backup;
}
server {
location / {
proxy_pass http://backend;
proxy_next_upstream error timeout invalid_header http_500 http_502 http_503 http_504;
}
  • weight : 轮询权值也是可以用在ip_hash的,默认值为1
  • max_fails : 允许请求失败的次数,默认为1。当超过最大次数时,返回proxy_next_upstream 模块定义的错误。
  • fail_timeout : 有两层含义,一是在 30s 时间内最多容许 2 次失败;二是在经历了 2 次失败以后,30s时间内不分配请求到这台服务器。
  • backup : 预留的备份机器。当其他所有的非backup机器出现故障的时候,才会请求backup机器,因此这台机器的压力最轻。(为什么我的1.6.3版本里配置backup启动nginx时说invalid parameter "backup"?)
  • max_conns: 限制同时连接到某台后端服务器的连接数,默认为0即无限制。因为queue指令是commercial,所以还是保持默认吧。

  • proxy_next_upstream : 这个指令属于 http_proxy 模块的,指定后端返回什么样的异常响应时,使用另一个realserver

3.2 nginx_upstream_check_module

nginx_upstream_check_module 是专门提供负载均衡器内节点的健康检查的外部模块,由淘宝的姚伟斌大神开发,通过它可以用来检测后端 realserver 的健康状态。如果后端 realserver 不可用,则后面的请求就不会转发到该节点上,并持续检查几点的状态。在淘宝自己的 tengine 上是自带了该模块。项目地址:https://github.com/yaoweibin/nginx_upstream_check_module

下面的是一个带后端监控检查的 nginx.conf 配置:

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upstream backend {
sticky; # or simple round-robin
server 172.29.88.226:8080 weight=2;
server 172.29.88.226:8081 weight=1 max_fails=2 fail_timeout=30s ;
server 172.29.88.227:8080 weight=1 max_fails=2 fail_timeout=30s ;
server 172.29.88.227:8081;
check interval=5000 rise=2 fall=3 timeout=1000 type=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;
allow 172.29.73.23;
deny all;
}

上面配置的意思是,对name这个负载均衡条目中的所有节点,每个5秒检测一次,请求2次正常则标记 realserver状态为up,如果检测 3 次都失败,则标记 realserver的状态为down,超时时间为1秒。

check指令只能出现在upstream中:

  • interval : 向后端发送的健康检查包的间隔。
  • fall : 如果连续失败次数达到fall_count,服务器就被认为是down。
  • rise : 如果连续成功次数达到rise_count,服务器就被认为是up。
  • timeout : 后端健康请求的超时时间。
  • default_down : 设定初始时服务器的状态,如果是true,就说明默认是down的,如果是false,就是up的。默认值是true,也就是一开始服务器认为是不可用,要等健康检查包达到一定成功次数以后才会被认为是健康的。
  • type:健康检查包的类型,现在支持以下多种类型
    • tcp:简单的tcp连接,如果连接成功,就说明后端正常。
    • http:发送HTTP请求,通过后端的回复包的状态来判断后端是否存活。
    • ajp:向后端发送AJP协议的Cping包,通过接收Cpong包来判断后端是否存活。
    • ssl_hello:发送一个初始的SSL hello包并接受服务器的SSL hello包。
    • mysql: 向mysql服务器连接,通过接收服务器的greeting包来判断后端是否存活。
    • fastcgi:发送一个fastcgi请求,通过接受解析fastcgi响应来判断后端是否存活
  • port: 指定后端服务器的检查端口。你可以指定不同于真实服务的后端服务器的端口,比如后端提供的是443端口的应用,你可以去检查80端口的状态来判断后端健康状况。默认是0,表示跟后端server提供真实服务的端口一样。该选项出现于Tengine-1.4.0。

如果 type 为 http ,你还可以使用check_http_send来配置http监控检查包发送的请求内容,为了减少传输数据量,推荐采用 HEAD 方法。当采用长连接进行健康检查时,需在该指令中添加keep-alive请求头,如: HEAD / HTTP/1.1\r\nConnection: keep-alive\r\n\r\n 。当采用 GET 方法的情况下,请求uri的size不宜过大,确保可以在1个interval内传输完成,否则会被健康检查模块视为后端服务器或网络异常。

check_http_expect_alive指定HTTP回复的成功状态,默认认为 2XX 和 3XX 的状态是健康的。

nginx-check-upstream

nginx-sticky-cookie.png

4. nginx的proxy缓存使用

nginx的页面缓存功能与上面的负载均衡和健康检查是没有关系的,放在这里一是因为懒得再起一篇文章,二是再有load-balance的地方一般都会启用缓存的。

缓存也就是将js、css、image等静态文件从tomcat缓存到nginx指定的缓存目录下,既可以减轻tomcat负担,也可以加快访问速度,但这样缓存及时清理成为了一个问题,所以需要 ngx_cache_purge 这个模块来在过期时间未到之前,手动清理缓存。(这里有篇 文章,对比使用缓存、不使用缓存、使用动静分离三种情况下,高并发性能比较。使用代理缓存功能性能会高出很多倍)

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http {
... // $upstream_cache_status记录缓存命中率
log_format main '$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=1:2 keys_zone=cache_one:100m inactive=2d max_size=2g;
server {
listen 80;
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_valid 200 304 301 302 8h;
proxy_cache_valid 404 1m;
proxy_cache_valid any 2d;
proxy_cache_key $host$uri$is_args$args;
expires 30d;
}
location ~ /purge(/.*) {
#设置只允许指定的IP或IP段才可以清除URL缓存。
allow 127.0.0.1;
allow 172.29.73.0/24;
deny all;
proxy_cache_purge cache_one $host$1$is_args$args;
error_page 405 =200 /purge$1;
}
}
}

说明

  • proxy_temp_path : 缓存临时目录。后端的响应并不直接返回客户端,而是先写到一个临时文件中,然后被rename一下当做缓存放在 proxy_cache_path 。0.8.9版本以后允许temp和cache两个目录在不同文件系统上(分区),然而为了减少性能损失还是建议把它们设成一个文件系统上。
  • proxy_cache_path ... : 设置缓存目录,目录里的文件名是 cache_key 的MD5值。
    levels=1:2 keys_zone=cache_one:50m表示采用2级目录结构,Web缓存区名称为cache_one,内存缓存空间大小为100MB,这个缓冲zone可以被多次使用。文件系统上看到的缓存文件名类似于 /usr/local/nginx-1.6/proxy_cache/c/29/b7f54b2df7773722d382f4809d65029c
    inactive=2d max_size=2g表示2天没有被访问的内容自动清除,硬盘最大缓存空间为2GB,超过这个大学将清除最近最少使用的数据。

  • proxy_cache : 引用前面定义的缓存区 cache_one

  • proxy_cache_key : 定义cache_key
  • proxy_cache_valid : 为不同的响应状态码设置不同的缓存时间,比如200、302等正常结果可以缓存的时间长点,而404、500等缓存时间设置短一些,这个时间到了文件就会过期,而不论是否刚被访问过。
  • expires : 在响应头里设置Expires:Cache-Control:max-age,返回给客户端的浏览器缓存失效时间。

关于缓存的失效期限上面有三个选项:X-Accel-Expiresinactiveproxy_cache_validexpires,它们之间是有优先级的,按上面的顺序如果在header里设置 X-Accel-Expires 则它的优先级最高,否则inactive优先级最高。更多资料请参考 nginx缓存优先级这里
nginx-cache-hit.png

清除缓存

上述配置的proxy_cache_purge指令用于方便的清除缓存,但必须按照第三方的 ngx_cache_purge 模块才能使用,项目地址:https://github.com/FRiCKLE/ngx_cache_purge/

使用 ngx_cache_purge 模块清除缓存有2种办法(直接删除缓存目录下的文件也算一种办法):

  1. echo发送PURGE指令
    proxy_cache_purge PURGE from 127.0.0.1表示只允许在来自本地的清除指令

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    # echo -e 'PURGE / HTTP/1.0\r\n' | nc 127.0.0.1 80
  2. GET方式请求URL
    即使用配置文件中的location ~ /purge(/.*),浏览器访问http://ittest.example.com/purge/your/may/path来清除缓存,或者echo -e 'GET /purge/ HTTP/1.0\r\n' | nc ittest.example.com 80

nginx-cache-purge.png

参考


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