三、nginx 之 負載均衡和緩存

Nginx 提供了反向代理和負載均衡的功能，通過合理處理業務的分攤，從而提供網站的處理能力，通過緩存的功能，可以把不經常更新的動態資源，進行靜態緩存處理。

1. 反向代理

反向代理功能在 Nginx 中是最重要的功能，負載均衡功能就是從反向代理功能中衍生出來的。

  • 正向代理 VS 反向代理
    正向代理，是一個位于客戶端和目標服務器之間的代理服務器，客戶端將發送的請求和指定的目標服務器提交給代理服務器，然后代理服務器向目標服務器發起請求，代理服務器并將獲得的響應結果返回給客戶端的過程
正向代理圖示

從圖示可以看出，客戶端用戶不能直接訪問目標服務器，需要通過請求代理服務器來訪問目標服務器，客戶端用戶需要代理，必須通過配置客戶端來完成代理。

反向代理，反向代理對于客戶端而言就是目標服務器，客戶端向反向代理服務器發送請求后，反向代理服務器將該請求轉發給內部網絡上的后端服務器，并將從后端服務器上得到的響應結果返回給客戶端

反向代理圖示

用戶A 、用戶B 、用戶C 同時對反向代理服務器發送請求，反向代理服務器則根據其內部的具體配置，將用戶的請求分發給后端服務器進行處理，并將后端服務器處理后的響應結果作為自己的響應結果返回給用戶。反向代理服務器的整個處理過程，用戶并不知情。

  • 反向代理服務配置
  1. 虛擬三臺主機: 一臺 nginx 代理服務器（192.168.1.188） 、 一臺http://www.cqzhangjian80.com/ 服務器 、 另外一臺http://www.cqzhangjian81.com/

在客戶端主機 修改 hosts 文件

192.168.1.188 www.cqzhangjian80.com
192.168.1.188 www.cqzhangjian81.com

2.配置 nginx 配置文件


#user  nobody;
worker_processes  1;

#error_log  logs/error.log;
#error_log  logs/error.log  notice;
#error_log  logs/error.log  info;

#pid        logs/nginx.pid;


events {
    worker_connections  1024;
}


http {
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;

    #log_format  main  '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
    #                  '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
    #                  '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';

    #access_log  logs/access.log  main;

    sendfile        on;
    #tcp_nopush     on;

    #keepalive_timeout  0;
    keepalive_timeout  65;

    #gzip  on;

    server {

        listen       80;
        server_name  www.cqzhangjian80.com;

        root /opt/tomcat8080/webapps/ROOT;
        index index.html index.htm index.jsp index.do;  

        #charset koi8-r;

        #access_log  logs/host.access.log  main;

        location ~ /(WEB-INF|META-INF) {
            deny all;
           
        }

        location ~ \.(jsp|do)$ {

            proxy_pass http://127.0.0.1:8080;

            proxy_set_header X-client-IP $remote_addr;  

        }
        location ~ ^/(docs|examples)(/.*)*$ {

            root /opt/apache-tomcat-8.5.34/webapps;

        }   
        error_page   500 502 503 504  /50x.html;
        location = /50x.html {
            root   html;
        }

       
    }

    server {

        listen       80;
        server_name  www.cqzhangjian81.com;

        root /opt/tomcat8081/webapps/ROOT;
        index index.html index.htm index.jsp index.do;  

        #charset koi8-r;

        #access_log  logs/host.access.log  main;

        location ~ /(WEB-INF|META-INF) {
            deny all;
           
        }

        location ~ \.(jsp|do)$ {

            proxy_pass http://127.0.0.1:8081;

            proxy_set_header X-client-IP $remote_addr;  

        }


        location ~ ^/(docs|examples)(/.*)*$ {

            root /opt/apache-tomcat-8.5.34/webapps;

        }   

        error_page   500 502 503 504  /50x.html;
        location = /50x.html {
            root   html;
        }
    }
}

  1. 客戶機演示


    訪問http://www.cqzhangjian80.com 服務器
訪問http://www.cqzhangjian81.com 服務器

4.反向代理常用指令


常用指令

最重要的指令為:proxy_ pass 指定被代理的服務器地址

2.負載均衡

負載均衡（ load balance）就是將負載分攤到多個操作單元上執行，從而提高服務的可用
性和響應速度，增強用戶體驗。

負載均衡原理圖

2.1 負載方式

  • 1、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，則自動剔除故障機器，使用戶訪問不受影響。

配置文件修改:


#user  nobody;
worker_processes  1;

#error_log  logs/error.log;
#error_log  logs/error.log  notice;
#error_log  logs/error.log  info;

#pid        logs/nginx.pid;


events {
    worker_connections  1024;
}


http {
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;

    #log_format  main  '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
    #                  '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
    #                  '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';

    #access_log  logs/access.log  main;

    sendfile        on;
    #tcp_nopush     on;

    #keepalive_timeout  0;
    keepalive_timeout  65;

    #gzip  on;
    server {

        listen       80;
        server_name  www.cqzhangjian.com;

        #charset koi8-r;

        #access_log  logs/host.access.log  main;

        location  / {
          proxy_pass http://myserver;         
        }
    }
    upstream myserver {
        
            server 127.0.0.1:8080;
            server 127.0.0.1:8081;
    }
}
  • 2、weight：指定輪詢權重，weight值越大，分配到的幾率就越高，主要用于后端每臺服務器性能不均衡的情況。
    配置文件修改:

#user  nobody;
worker_processes  1;

#error_log  logs/error.log;
#error_log  logs/error.log  notice;
#error_log  logs/error.log  info;

#pid        logs/nginx.pid;


events {
    worker_connections  1024;
}


http {
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;

    #log_format  main  '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
    #                  '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
    #                  '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';

    #access_log  logs/access.log  main;

    sendfile        on;
    #tcp_nopush     on;

    #keepalive_timeout  0;
    keepalive_timeout  65;

    #gzip  on;
    server {

        listen       80;
        server_name  www.cqzhangjian.com;

        #charset koi8-r;

        #access_log  logs/host.access.log  main;

        location  / {
          proxy_pass http://myserver;         
        }
    }
    upstream myserver {
        
            server 127.0.0.1:8080  weight=5;
            server 127.0.0.1:8081  weight=2;
    }
}

weight 值越大，訪問的頻率越高。

負載其他參數:


其他參數
  • 3、ip_hash：每個請求按訪問IP的哈希結果分配，這樣每個訪客固定訪問一個后端服務器，可以有效的解決動態網頁存在的session共享問題

配置文件修改:


#user  nobody;
worker_processes  1;

#error_log  logs/error.log;
#error_log  logs/error.log  notice;
#error_log  logs/error.log  info;

#pid        logs/nginx.pid;


events {
    worker_connections  1024;
}


http {
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;

    #log_format  main  '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
    #                  '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
    #                  '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';

    #access_log  logs/access.log  main;

    sendfile        on;
    #tcp_nopush     on;

    #keepalive_timeout  0;
    keepalive_timeout  65;

    #gzip  on;

    server {

        listen       80;
        server_name  www.cqzhangjian.com;

     
        #charset koi8-r;

        #access_log  logs/host.access.log  main;

        location  / {
          proxy_pass http://myserver;         
        }
    }
    
    upstream myserver {
            ip_hash;
            server 127.0.0.1:8080;
            server 127.0.0.1:8081;
    }
}

注意：使用ip_hash 不能 跟 backup 和 weight 參數 使用。

  • 4、fair（第三方）：更智能的一個負載均衡算法，此算法可以根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。如果想要使用此調度算法，需要Nginx的upstream_fair模塊。
  • 4.1 下載 fair 模塊:
https://github.com/gnosek/nginx-upstream-fair

注意:

nginx-upstream-fair-master fair模塊源碼

官方github下載地址：https://github.com/gnosek/nginx-upstream-fair
說明：如果從github下載最新版本，在安裝到nginx 1.14.0版本時，會報出編譯錯誤。需要對源碼做一些修改，修改參照(如果你看到這篇文章時，github主已經修改了該bug，或者你用的是nginx 1.14.0以下版本，請忽視...)：https://github.com/gnosek/nginx-upstream-fair/pull/27/commits/ff979a48a0ccb9217437021b5eb9378448c2bd9e
對于比較懶的童鞋，這里提供了已經修改好的源碼包：https://files.cnblogs.com/files/ztlsir/nginx-upstream-fair-master.zip

  • 4.2 重寫編譯nginx:
./configure \
--prefix=/opt/nginx \
--with-http_ssl_module \
--add-module=/opt/nginx-fair

make && make install
  • 4.3 配置文件
#user  nobody;
worker_processes  1;

#error_log  logs/error.log;
#error_log  logs/error.log  notice;
#error_log  logs/error.log  info;

#pid        logs/nginx.pid;


events {
    worker_connections  1024;
}


http {
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;

    #log_format  main  '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
    #                  '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
    #                  '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';

    #access_log  logs/access.log  main;

    sendfile        on;
    #tcp_nopush     on;

    #keepalive_timeout  0;
    keepalive_timeout  65;

    #gzip  on;

    server {

        listen       80;
        server_name  www.cqzhangjian.com;

     
        #charset koi8-r;

        #access_log  logs/host.access.log  main;

        location  / {
          proxy_pass http://myserver;         
        }
    }
    
    upstream myserver {
            fair;
            server 127.0.0.1:8080;
            server 127.0.0.1:8081;
    }
}
  • 5、url_hash（第三方）：按訪問URL的哈希結果來分配請求，使每個URL定向到同一臺后端服務器，可以進一步提高后端緩存服務器的效率。如果想要使用此調度算法，需要Nginx的hash軟件包。

自學！！！！

3.緩存

Nginx 提供了兩種 Web 緩存方式， 一種是永久性緩存，另一種是臨時性緩存。通過反向代理服務器對訪問較多的內容進行緩存，降低后端服務器的訪問壓力

3.1 永久緩存

  • 準備一臺 緩存服務器:www.cqzhangjian.com
    一臺源數據服務器:127.0.0.1:8080
  • 配置文件修改:
#user  nobody;
worker_processes  1;

#error_log  logs/error.log;
#error_log  logs/error.log  notice;
#error_log  logs/error.log  info;

#pid        logs/nginx.pid;


events {
    worker_connections  1024;
}


http {
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;

    #log_format  main  '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
    #                  '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
    #                  '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';

    #access_log  logs/access.log  main;

    sendfile        on;
    #tcp_nopush     on;

    #keepalive_timeout  0;
    keepalive_timeout  65;

    #gzip  on;

    server {

        listen       80;
        server_name  www.cqzhangjian.com;

        location  / {
          allow  all;
          root cache;
          proxy_store on;
          proxy_store_access user:rw group:rw all:r;
          proxy_temp_path cache_tmp;
          
          if (!-e $request_filename) {
          
            proxy_pass http://127.0.0.1:8080;
        
          }
         
        }
        
    }

}
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