作业

Linux环境下Nginx及负载均衡

jxtxzzw · 5月15日 · 2019年 · · · 140次已读

Nginx 简介

Nginx 是一个高性能的 HTTP 和反向代理 Web 服务器,同时也提供了 IMAP/POP3/SMTP 服务。

前向代理作为客户端的代理,服务端只知道代理的 IP 地址而不知道客户端的 IP 地址。

Nginx 安装

推荐使用 LNMP 一键安装包,Ubuntu/CentOS 等各平台都有提供,省去自己配置的过程。

如果需要单独安装 Nginx,可以去找各平台的安装包名称。以 Ubuntu Desktop 19.04 为例,单独安装 Nginx 的命令如下:

 sudo apt install nginx

Nginx 安装后默认启动,打开浏览器输入 http://127.0.0.1 检查是否安装成功。

练习 1

使用 tail -f /path/to/nginx/log/access.log 实时监控文件变化,再分别本地访问 127.0.01 和远程访问服务器 IP 地址,比较两次访问的日志有什么不同?

Tips: Ubuntu Server 版默认没有桌面,通过 SSH 连接到服务器

  1. 打开新终端,通过 SSH 连接到服务器,再使用 curl 127.0.0.1 命令返回页面源文件
  2. 打开客户端浏览器,输入服务器 IP 地址
  3. 比较上面两步对应的操作日志有什么区别

刚才在 Ubuntu 默认的火狐浏览器打开 127.0.0.1 时的访问日志如图。

接下来换一台电脑访问 192.168.23.129。

首先可以看到,UA 是不一样的,这是因为我用了不同的浏览器,当然,访问时间等也是不一样的。

最关键的一点,第一次访问的 IP 是 127.0.0.1,是环回地址,而后一次访问的 IP 是 192.168.23.1,这个是我 Windows 10 的 IP 地址。

最后看一点实战的内容——我的博客的访问日志:

从中可以看到类似的日志记录,不仅记录了访问者的 IP、UA,还记录了访问资源 URL 以及一些附加的信息。

同样的,还有错误日志,例如看一下 gitlab.error.log

有了这些日志,管理员就方便排查问题了。

Nginx 默认配置

配置文件:/etc/nginx/nginx.conf(如果是 LNMP 安装的,则可能在 /usr/local/nginx/conf/nginx.conf)。

可以用 less 查看配置文件,配置文件默认的环境是全局环境,即一个 main{},后面会定义用户、工作进程等,以及 HTTP 服务、邮件服务。

下面主要讲一下 HTTP 配置文件。

首先在 HTTP{} 会有一些全局的配置,包括访问日志、连接超时等信息,随后会给出一个或多个 server 表示多个虚拟主机。

来看一下实战的配置文件。

用户和用户组都是 www,配置了错误日志的访问路径,工作模式是 epoll、IO 多路复用,单个进程的最大连接数是 51200。

配置了 fastcgi 相关信息。

Nginx 作为 HTTP 服务器的配置

Nginx 默认的静态资源文件夹为 /var/www/html(不同的安装包可能有不同的默认路径,例如可能为 /usr/local/nginx/www/html/default 或者其他目录,也可以自己指定)。

在默认目录下,新建一个叫做 jxtxzzw.html 的文件,随便写一点东西。

然后在 nginx.conf 的 HTTP 结点中新增一个虚拟服务器,并 sudo nginx -s reload 重新加载。

如图,在 80 端口监听,当用户访问的服务器是 jxtxzzwtest.com 的时候,就定位到 /var/www/html/ 下,并当用户没有指定访问的路径的时候,默认访问 jxtxzzw.html

为了模拟域名解析的过程,修改 /etc/hosts 文件,增加 jxtxzzwtest.com 的 IP 为 127.0.0.1

修改之后打开浏览器访问 jxtxzzwtest.com,可以看到刚才的页面。

如何不购买新的二级域名和服务器,利用该服务器和已有的域名再做一个个人主页呢?

这就可以添加一个新的虚拟服务器。

重复上面的步骤,只是注意添加虚拟服务器的时候取一个新的 server_name,例如 new.jxtxzzwtest.com,至于 location 写什么,就看个人主页放在了哪个文件夹下面了。这些都可以根据自己需要修改。

 server {
     listen 80;
     server_name new.jxtxzzwtest.com;
     location / {
         index a_new_page.html;
         root /home/jxtxzzw/web/;
    }
 }

随后,在 hosts 模拟 DNS 解析,添加 127.0.0.1 new.jxtxzzwtest.com 之后就可以在浏览器访问 new.jxtxzzwtest.com 来看到个人主页了。

练习 2

  1. 在配置文件 nginx.conf 的 http 节点内新增一个虚拟服务器,新建 /var/www/EXAMPLE.com 文件夹,该文件夹下新建 index.html 文件写入文字,重加载配置 sudo nginx -s reload (注:将本页中的 EXAMPLE 替换成自己的名字拼音)
  2. 浏览器输入 IP 地址,检查是否生成 /var/log/nginx/EXAMPLE.access.log 文件,同时检查 /var/log/nginx/access.log 文件是否有变化
  3. 修改自己客户端电脑上的 hosts 文件,添加两行解析到服务器 IP 地址
  4. 浏览器输入 www.EXAMPLE.com,检查是否生成 /var/log/nginx/EXAMPLE.access.log,同时监测 /var/log/nginx/access.log 和 /var/log/nginx/EXAMPLE.access.log 文件的变化
 server {
  listen 80;
  server_name www.zzw.com;
  access_log /var/log/nginx/zzw.access.log;
  location / {
  index index.html;
  root /var/www/html/zzw.com/;
  }
 }

输入 IP 地址,不论是本机访问 127.0.0.1 还是另一台电脑访问 192.168.23.129,发现都只访问了 Nginx 默认的安装成功页面,没有进入 zzw.com。

显然的,只有 access.log 会有变化,记录了本次访问信息。

而在添加了 hosts 以后,访问 www.zzw.com 就会看到刚才输入的信息。

需要注意的是,在配置文件中只定义了 www.zzw.com,没有定义 zzw.com,所以,在访问 zzw.com 的时候还是会跳转到 Nginx 安装成功的那个页面。

解决这个办法可以在 server_name 后面增加一个别名。

 server_name www.zzw.com zzw.com;

看到 zzw.access.log 和 access.log 都有了新的记录。

来看一些实战的内容。

我的博客,监听了 80 端口,同时处理 www.jxtxzzw.comjxtxzzw.com 两个服务器名字,并对 80 端口的请求全部转发到 443 端口。

443 端口配置了一些关于 SSL 相关的信息,并且导入了 PHP 相关的配置。

同时,还有一个 gitlab.jxtxzzw.com 的虚拟主机,这个配置文件将在下面详述。

负载均衡简介

负载均衡转发算法:

  • 轮询(Round Robin):为第一个请求选择列表中的第一个服务器,然后按顺序向下移动列表直到结尾,然后循环
  • 最小连接(Least Connection):优先选择连接数最少的服务器,在普遍会话较长的情况下推荐使用
  • 散列(Hash):根据请求源的 IP 的散列来选择要转发的服务器,这种方式可以一定程度上保证特定用户能链接到相同的服务器

负载均衡算法:

  • round:每个请求按时间顺序逐一分配到不同的后端服务器,如果后端服务器宕机,能自动删除
  • weight:指定轮询几率,weight 和访问比率成正比,用于后端服务器性能不均的情况
  • fiar(第三方):按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
  • ip_hash:每个请求按访问 IP 的散列结果分配,每个访客固定访问一个后端服务器,可以解决 session 的问题
  • url_hash(第三方):每个请求按 URL 的散列结果分配,不同访客访问相同的服务器

预备 Web 服务器环境:

  1. 配置两台 Apache(httpd) 作为 Web 服务器,例如可以使用 XAMPP
  2. XAMPP 的访问日志在 /opt/lampp/logs/access.log
  3. 一台 Ubuntu Desktop 的虚拟机,192.168.23.129,作为 Nginx 服务器
  4. 一台 Ubuntu Desktop 的虚拟机,192.168.23.128,作为第 1 台 XAMPP 服务器
  5. 一台 Ubuntu Server 的虚拟机,192.168.23.130,作为第 2 台 XAMPP 服务器
  6. 一台 Windows 的物理机,192.168.23.1,用来访问

在 nginx.conf 的 http 节点下添加以下代码后重新加载配置

 upstream first {
     server 192.168.23.128;
     server 192.168.23.130;
 }
 ​
 server {
     listen 80;
     server_name load.jxtxzzwtest.com;
     location / {
         proxy_pass http://first;
    }
 }

修改电脑的 host 文件,添加一个域名解析

 192.168.23.129 load.jxtxzzwtest.com

浏览器访问 load.jxtxzzwtest.com,发现打开了 XAMPP 的一个界面,说明代理成功了。

但是到底访问的是哪一个 XAMPP 呢?可以看一下日志。

在此之前,刷新几次,看看日志会不会访问了不同的页面。

日志的观察结果,可以看到 128 的那台服务器上收到了若干次来自 129 的转发请求,而 130 的那台服务器上也收到了若干请求,但是观察时间可以看到,两台服务器上接受的请求是先后交替的,这意味着符合轮询算法的期望结果。

更加直观的方法,是可以修改其中一个 Apache 服务器的主页显示。

简单粗暴的方法,删掉了 128 那台服务器的 index.html。

然后刷新页面的效果就是交替出现 XAMPP 的 dashboard 和 Directory Listing。

刷新以后变成下面这个页面,两个页面在每次刷新后交替显示。

如果没有交替显示,有可能是浏览器做了缓存,强制刷新一下就好了。

练习 3

  1. 在 nginx.conf 的 http 节点下新增 upstream second 方案,将 server 节点下的 proxy_pass 设为 second 后重加载配置,其中 IP 地址要换成自己服务器的地址,浏览器访问域名,监测 Nginx 服务器的 /var/log/nginx/access.log 和两台 Web 服务器的 /opt/lampp/logs/access.log 发现有什么规律 upstream second {
         server 192.168.1.102:80;
         server 192.168.1.103 weight=3;
     }
  2. 新增 upstream third 方案,重复上述实验 upstream third {
         ip_hash;
         server 192.168.1.102;
         server 192.168.1.103;
     }

访问日志可以看出,交替比例变为 3:1。

需要特别说明的是,浏览器可能存在缓存,所以一定要去看日志。

换成 hash 以后,我只能刷出 Index of /dashboard 这个页面,不论刷新多少次,而查看访问日志也确实发现我被转发到了 130 这个服务器上。

换一台设备,可能(如果正好 hash 计算结果不同)就会被转发到 128 的服务器上。也可能还是访问的 130 的服务器。

再来看一些关于 Nginx 代理的实战的例子。

第一个例子是 HTTPS 反向代理到 Docker,具体的配置过程可以看我的另一篇文章《Nginx代理HTTPS到Docker指定端口》(https://www.jxtxzzw.com/archives/4241),这里只简要的给出与反向代理、负载均衡相关的代码。

第二个例子是 GitLab。

如果不想用 GitLab 自带的 Nginx 服务,而想要把 GitLab 作为一个虚拟主机统一在已有的 LNMP 服务中一起管理,可以用到反向代理。

由于 GitLab 默认的是在 socket 中通信,所以有点不太一样。

这两张截图省略了 GitLab 中与 SSL 配置相关的代码。

练习 4

  1. 利用 XAMPP,搭建一个能访问数据库的动态网站,并通过负载均衡服务器访问
  2. 比较 Nginx 服务器和 Apache 服务器的异同

第一个练习,比较简单,基本上只要复现本文内容即可,唯一的区别在于需要把本文中简陋的 HTML 代码复杂化,加上与数据库通信的部分,例如,访问数据库并列出所有学生的姓名……

由于上一次练习《MySQL备份与主备配置》已经配置了双主结构,所以,在一个 PHP 页面中加入增删改查的功能,并把页面复制到另一台服务器上就可以了,访问会通过负载均衡,数据库的访问会通过双主备份,保证了数据的一致。

代码就不贴了。

另外,欢迎访问我的个人博客呀,https://www.jxtxzzw.com/

第二个练习,简单说一下。

Nginx 相对于 Apache 的优势:

  • Apache 是同步多进程模型,一个连接对应一个进程,Nginx 是异步的,多个连接(万级别)可以对应一个进程
  • Nginx 的抗并发能力强很多,对资源需求更少
  • Nginx 支持反向代理
  • Nginx 支持 7 层负载均衡

Apache 相对 Nginx 的优点:

  • Rewrite,比 Nginx 的 Rewrite 强大
  • 模块超多,基本想到的都可以找到

一般来说,需要性能的 Web 服务,用 Nginx,如果不需要性能只求稳定,那就 Apache 吧。总之,就是看自己需求的。

但是从个人使用经历来看,我会推荐 Nginx 作为 Web 服务器的首选。如果你是新手,什么都没接触过,不妨先试试 Nginx?

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