【转载】架构设计:负载均衡层设计方案(3)——Nginx进阶

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上篇文章《架构设计:负载均衡层设计方案(2)——Nginx安装》(http://blog.v5cn.cn/articles/2017/12/03/1512303962665.html),我们介绍了Nginx的核心设计思想、基本安装和使用。本来准备继续介绍Nginx的几个使用特性,但是奈何博文篇幅太长,只有将一篇文章拆成两篇。本文我们将承接上文,继续讲解Nginx的实用特性,包括gzip功能、rewirte功能和一个第三方的节点监测模块。本文我们还将提到Taobao团队对Nginx的深度改造Tengine。

1、Nginx继续进阶

1.1、gzip

nginx对返回给浏览器的http response body是可以进行压缩的。虽然需要消耗一点cpu和内存资源,但是想到100KB的数据量可以压缩到60KB甚至更小进行传输,是否有一定的吸引力?这里我的建议是,不要为了节约成本将业务服务和负载层服务放在一台物理服务器上,这样做既影响性能又增加了运维难度。http返回数据进行压缩的功能在很多场景下都实用:

  • 如果浏览器使用的是3G/4G网络,那么流量对于用户来说就是money。

  • 压缩可节约服务器机房的对外带宽,为更多用户服务。按照目前的市场价良好的机房带宽资源的一般在200RMB/Mbps,而服务器方案的压力往往也来自于机房带宽。

  • 主要注意的是,不是Nginx开启了gzip功能,HTTP响应的数据就一定会被压缩,除了满足Nginx设置的“需要压缩的http格式”以外,客户端(浏览器)也需要支持gzip(不然它怎么解压呢),一个好消息是,目前大多数浏览器和API都支持http压缩。

    我们首先来讲解Nginx中的gzip的设置参数,然后我们讲解当开启压缩功能后,HTTP的交互过程和过程中关键的几个属性。我们首先来看看Nginx中开启gzip的属性(gzip的设置放置在HTTP主配置区域):

    #开启gzip压缩服务,
    gzip on;

    #gzip压缩是要申请临时内存空间的,假设前提是压缩后大小是小于等于压缩前的。例如,如果原始文件大小为10K,那么它超过了8K,所以分配的内存是8 * 2 = 16K;再例如,原始文件大小为18K,很明显16K也是不够的,那么按照 8 * 2 * 2 = 32K的大小申请内存。如果没有设置,默认值是申请跟原始数据相同大小的内存空间去存储gzip压缩结果。
    gzip_buffers 2 8k;

    #进行压缩的原始文件的最小大小值,也就是说如果原始文件小于5K,那么就不会进行压缩了
    gzipminlength 5K;

    #gzip压缩基于的http协议版本,默认就是HTTP 1.1
    gziphttpversion 1.1;

    gzip压缩级别1-9,级别越高压缩率越大,压缩时间也就越长CPU越高

    gzipcomplevel 5;

    #需要进行gzip压缩的Content-Type的Header的类型。建议js、text、css、xml、json都要进行压缩;图片就没必要了,gif、jpge文件已经压缩得很好了,就算再压,效果也不好,而且还耗费cpu。
    gzip_types text/HTML text/plain application/x-javascript text/css application/xml;

    设置完成后,重启nginx,即可生效。下面我们来看看浏览器和服务器进行gzip压缩的请求和处理返回过程(实际上在我的《标准Web系统的架构分层》文章中,已经有所提及):
    4766feaf26e54e1fa87276c37771b0db-20150709162940954.png

  • 整个请求过程来看,开启gzip和不开启gip功能,其http的请求和返回过程是一致的,不同的是参数。这个可以看看我的另外一篇文章《标准Web系统的架构分层》http://blog.v5cn.cn/articles/2017/11/30/1512046211128.html

  • 当开启HTTP的gzip功能时,客户端发出http请求时,会通过headers中的Accept-Encoding属性告诉服务器“我支持gzip解压,解压格式(算法)deflate,sdch为:”。Accept-Encoding:gzip,deflate,sdch

  • 注意,不是request说自己支持解压,Nginx返回response数据的时候就一定会压缩。这还要看本次Nginx返回数据的格式是什么,如果返回数据的原始数据格式,和设置的gzip_types相符合,这时Nginx才会进行压缩。

  • Nginx返回response headers是,如果数据被压缩了,就会在Content-Encoding属性中标示gzip,表示接下来返回的response content是经过压缩的;并且在Content-Type属性中表示数据的原始格式。

  • 最后返回经过压缩的response content给客户端,客户端再进行解压。这里注意一下,在客户端发送的headers里面,有一个deflate,sdch。这是两种压缩算法,如果读者感兴趣,可以查查相关的资料(我建议查查,了解哈弗曼压缩算法对扩展自己的架构思路很有帮助)

1.2、rewrite

本小结内容,假定读者了解正则表达式。如果您不清楚正则表达式,请首先Google或者百度,正则表达式不在我们讨论的范围内。

Nginx的强大在于其对URL请求的重写(重定位)。Nginx的rewrite功能依赖于PCRE Lib,请一定在Nginx编译安装时,安装Pcre lib。请参见我的上一篇文章《架构设计:负载均衡层设计方案(2)——Nginx安装》http://blog.v5cn.cn/articles/2017/12/03/1512303962665.html

我们先从讲解rewrite的关键语法,然后出示几个示例,由示例进行讲解。先来说一下Nginx中几个关键的语法:

正在表达式匹配:

  • ~ 区分大小写进行正则表达式匹配
  • ~* 不区分大小写进行正则表达式匹配
  • !~ 区分大小写进行正则表达式不匹配
  • !~* 不区分大小写进行正则表达式不匹配

举例说明:

示例1:location ~* \.(jpg|gif|png|ioc|jpeg)$

location是Nginx中的关键字,代表当前的URL请求值。
以上表达式表示对URL进行不区分大小写的匹配,一旦URL以jpg或gif或png或ioc或jpeg结尾时,匹配成功。

示例2:$var1 ~ ^(\d+)$

var1是Nginx中使用set关键字定义的变量,以上语句代表var1和一个整数进行匹配。

Nginx中的全局变量:
从上面的各个实例中,我们已经发现Nginx是支持变量的,Nginx还内置了一些全局变量,这里列举一些比较重要的全局变量:

  • $contentlength: 获取request中header部分的“ContentLength”值。
  • $contenttype: 获取request中header部分的“Contenttype”值。
  • $request_method: 请求方式,常用的有两种请求方式:POST、GET
  • $remote_addr: 发送请求的客户端ip
  • $remote_port: 发送请求的客户端端口
  • $request_uri: 含有参数的完整的初始URI
  • $server_addr: request到达的server的ip。
  • $server_port: 请求到达的服务器的端口号。

rewrite语法

rewrite regex replacement flag

#regex:表示当前匹配的正则表达式。只有$url大小写相关匹配regex正则表达式,这个$url才会被rewrite进行重定向。

#replacement:重定向目标规则。这个目标规则支持动态变量绑定,这个问题下文马上用示例来讲。

#flag:重定向规则。

rewrite中的Flag关键字

  • redirect:通知客户端重定向到rewrtie后面的地址。
  • permanent:通知客户端永久重定向到rewrtie后面的地址。
  • last:将rewrite后的地址重新在server标签执行。
  • break:将rewrite后地址重新在当前的location标签执行。

实际上针对客户端来说,其效果是一样的,都是由客户端重新发起http请求,请求地址重新定位到replacement规则的URL地址;这里关键要讲解最常用的last和break两个关键字:

所有的rewrite语句都是要在server中的location中书写的,如下:
server {
    。。。。。。
    。。。。。。
    location ... {
        if(...) {
            rewirte regex replacement flag;
        }
        rewirte regex replacement flag;
    }
}

那么,break关键字说明重写的replacement地址在当前location的区域马上执行。
last关键字说明重写的replacement地址在当前server所有的location中重新再做匹配。

下面我们结合rewrite关键字和rewrite flag关键字给出典型的示例进行讲解:

所有的rewrite语句都是要在server中的location中书写的,如下:
server {
    。。。。。。
    。。。。。。
    location ... {
        if(...) {
            rewirte regex replacement flag;
        }
        rewirte regex replacement flag;
    }
}

那么,break关键字说明重写的replacement地址在当前location的区域马上执行。
last关键字说明重写的replacement地址在当前server所有的location中重新再做匹配。

1.3、健康检查模块

在本小节我们介绍一个用于Nginx对后端UpStream集群节点健康状态检查的第三方模块:nginxupstreamcheck_module(https://github.com/yaoweibin/nginx_upstream_check_module)。这个模块有资料介绍是TaoBao团队开发的,但是我在GitHua上试图求证时并没有找到直接证据。

这里需要说明的是,目前有很多Nginx模块实现Nginx对后端集群节点的健康监测,不止nginxupstreamcheckmodule。Nginx官方有一个模块healthchecknginx_upstreams也可以实现对后端节点的健康监测(https://github.com/cep21/healthcheck_nginx_upstreams有详细的安装和使用介绍)

我们回到对nginxupstreamcheck_module的讲解,要使用这个第三方模块首先您需要进行下载,然后通过patch命令将补丁打入您原有的Nginx源码中,并且重新进行编译安装。下面我们来重点讲解一下这个模块的安装和使用。

下载nginxupstreamcheck_module模块:

wget https://codeload.github.com/yaoweibin/nginx_upstream_check_module/zip/master

您也可以直接到GitHua上进行下载,还一个在linux系统上使用git命令进行下载。

解压安装,并补丁打入Nginx源码

# unzip ./nginx_upstream_check_module-master.zip

注意是将补丁打入Nginx源码,不是Nginx的安装路径:

# cd ./nginx-1.6.2

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

如果补丁安装成功,您将看到以下的提示信息:
patching file src/http/modules/ngx_http_upstream_ip_hash_module.c
patching file src/http/modules/ngx_http_upstream_least_conn_module.c
patching file src/http/ngx_http_upstream_round_robin.c
patching file src/http/ngx_http_upstream_round_robin.h

这里请注意:在nginx_upstream_check_module官网的安装说明中,有一个打补丁的注意事项:
If you use nginx-1.2.1 or nginx-1.3.0, the nginx upstream round robin
module changed greatly. You should use the patch named
'check_1.2.1.patch'.
If you use nginx-1.2.2+ or nginx-1.3.1+, It added the upstream
least_conn module. You should use the patch named 'check_1.2.2+.patch'.
If you use nginx-1.2.6+ or nginx-1.3.9+, It adjusted the round robin
module. You should use the patch named 'check_1.2.6+.patch'.
If you use nginx-1.5.12+, You should use the patch named
'check_1.5.12+.patch'.
If you use nginx-1.7.2+, You should use the patch named
'check_1.7.2+.patch'.

这里我们的Nginx的版本是1.6.2,那么就应该打入check_1.5.12+.patch这个补丁

重新编译安装Nginx:

注意重新编译Nginx,要使用add-module参数将这个第三方模块安装进去:

# ./configure --prefix=/usr/nginx-1.6.2/ --add-module=../nginx_upstream_check_module-master/

# make && make install

通过以上的步骤,第三方的nginxupstreamcheck_module模块就在Nginx中准备好了。接下来我们讲解一下如何使用这个模块。首先看一下upstream的配置信息:

upstream cluster {
    # simple round-robin
    server 192.168.0.1:80;
    server 192.168.0.2:80;

    check interval=5000 rise=1 fall=3 timeout=4000;

    #check interval=3000 rise=2 fall=5 timeout=1000 type=ssl_hello;
    #check interval=3000 rise=2 fall=5 timeout=1000 type=http;
    #checkhttpsend "HEAD / HTTP/1.0\r\n\r\n";
    #checkhttpexpectalive http2xx http_3xx;
}

上面的代码中,check部分就是调用nginxupstreamcheck_module模块的语法:

check interval=milliseconds [fall=count] [rise=count]
[timeout=milliseconds] [default_down=true|false]
[type=tcp|http|ssl_hello|mysql|ajp|fastcgi]

interval:必要参数,检查请求的间隔时间。

fall:当检查失败次数超过了fall,这个服务节点就变成down状态。

rise:当检查成功的次数超过了rise,这个服务节点又会变成up状态。

timeout:请求超时时间,超过等待时间后,这次检查就算失败。

default_down:后端服务器的初始状态。默认情况下,检查功能在Nginx启动的时候将会把所有后端节点的状态置为down,检查成功后,在置为up。

type:这是检查通信的协议类型,默认为http。以上类型是检查功能所支持的所有协议类型。

checkhttpsend http_packet

http_packet的默认格式为:"GET / HTTP/1.0\r\n\r\n"

checkhttpsend设置,这个设置描述了检查模块在每次检查时,向后端节点发送什么样的信息

check_http_expect_alive [ http_2xx | http_3xx | http_4xx | http_5xx ]

这些状态代码表示服务器的HTTP响应上是OK的,后端节点是可用的。默认情况的设置是:http2xx | http3xx

当您根据您的配置要求完成检查模块的配置后,请首先使用nginx -t 命令监测配置文件是否可用,然后在用nginx -s reload重启nginx。

1.4、不得不提的tengine

Tengine是由淘宝网发起的Web服务器项目。它在Nginx的基础上,针对大访问量网站的需求,添加了很多高级功能和特性。Tengine的性能和稳定性已经在大型的网站如淘宝网,天猫商城等得到了很好的检验。它的最终目标是打造一个高效、稳定、安全、易用的Web平台(http://tengine.taobao.org/)。

您应该懂了,我建议您根据业务的实际情况,适时在生产环境引入Tengine。但在本博客发布时,Tengine的2.X版本还不稳定,所以建议实用1.5.2的稳定版本。请记住Tengine就是经过升读改造后的Nginx

2、后文介绍

花了两篇文章的功夫,终于将我想给大家讲解的nginx的实用特性讲完了,但是nginx远远不止这些特性。后面有时间我们会再回到Nginx,重点讲解针对Nginx的脚本开发,我们还会讲解Nginx和Lua的集成。但是为了不扰乱这个系列博文的时间安排,下篇文章我们将开始介绍LVS技术,争取用一篇文章的篇幅讲清楚LVS核心设计思想、单节点安装和使用。再下篇文章我们介绍Keepalived技术,以及keepalived和LVS、Nginx分别进行集成,敬请关注。

原文 http://blog.csdn.net/yinwenjie/article/details/46742661

作者:说好不能打脸

作者著作:高性能服务系统构建与实战
高性能服务系统构建与实战