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反向代理、负载均衡、动静分离和高可用的原理

 作者：软荐小编  2023-07-21 22:33:18  183

【51CTO.com原稿】本文首先介绍Nginx的反向代理、负载均衡、动静分离、高可用等原理，然后解读Nginx的配置文件，带你从原理到实战31段均衡器软件教程，彻底了解Nginx！

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图片来自 Pexels

Nginx 是一个开源的轻量级 Web 服务器、反向代理服务器、负载均衡器和 HTTP 缓存。其特点是高并发、高性能、低显存。

Nginx 是专门为性能优化而开发的。性能是其最重要的考虑因素。它在实现上非常注重效率，能够承受高负载的考验，最大可以支持5万个并发连接。

Nginx还支持热部署。它非常容易使用，几乎可以7x24小时不间断运行。 Nginx的网站用户包括：百度、淘宝、京东、腾讯、新浪、网易等。

反向代理

①转发代理

Nginx除了作为反向代理实现负载均衡之外，还可以作为正向代理上网。

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②反向代理

客户端不知道代理服务器，客户端不需要做任何配置，用户只需向反向代理服务器请求，反向代理服务器选择目标服务器，获取数据并返回给客户端。

反向代理服务器和目标服务器对外是同一台服务器，只暴露代理服务器的地址，隐藏真实服务器的IP地址。

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负载均衡

不要将原始请求集中在一台服务器上，而是减少服务器数量，然后将请求分发到每台服务器上，将负载分配到不同的服务器上，即负载均衡。

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静动分离

为了提高网站的解析率，静态页面和动态页面可以由不同的服务器进行解析，以提高解析率，减轻原有单一服务器的压力。

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高可用性

为了提高系统的可用性和容错能力，可以减少Nginx服务器的数量。当主服务器发生故障或宕机时，备份服务器可以立即充当主服务器不间断工作。

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Nginx 配置文件

①文件结构

...              #全局块 
 
events {         #events块 
   ... 
} 
 
http      #http块 
{ 
    ...   #http全局块 
    server        #server块 
    {  
        ...       #server全局块 
        location [PATTERN]   #location块 
        { 
            ... 
        } 
        location [PATTERN]  
        { 
            ... 
        } 
    } 
    server 
    { 
      ... 
    } 
    ...     #http全局块 
}

Nginx配置文件由三部分组成：

②配置文件

########### 每个指令必须有分号结束。################# 
#user administrator administrators;  #配置用户或者组，默认为nobody nobody。 
#worker_processes 2;  #允许生成的进程数，默认为1 
#pid /nginx/pid/nginx.pid;   #指定nginx进程运行文件存放地址 
error_log log/error.log debug;  #制定日志路径，级别。这个设置可以放入全局块，http块，server块，级别以此为：debug|info|notice|warn|error|crit|alert|emerg 
events { 
    accept_mutex on;   #设置网路连接序列化，防止惊群现象发生，默认为on 
    multi_accept on;  #设置一个进程是否同时接受多个网络连接，默认为off 
    #use epoll;      #事件驱动模型，select|poll|kqueue|epoll|resig|/dev/poll|eventport 
    worker_connections  1024;    #最大连接数，默认为512 
} 
http { 
    include       mime.types;   #文件扩展名与文件类型映射表 
    default_type  application/octet-stream; #默认文件类型，默认为text/plain 
    #access_log off; #取消服务日志     
    log_format myFormat '$remote_addr–$remote_user [$time_local] $request $status $body_bytes_sent $http_referer $http_user_agent $http_x_forwarded_for'; #自定义格式 
    access_log log/access.log myFormat;  #combined为日志格式的默认值 
    sendfile on;   #允许sendfile方式传输文件，默认为off，可以在http块，server块，location块。 
    sendfile_max_chunk 100k;  #每个进程每次调用传输数量不能大于设定的值，默认为0，即不设上限。 
    keepalive_timeout 65;  #连接超时时间，默认为75s，可以在http，server，location块。 
 
    upstream mysvr {    
      server 127.0.0.1:7878; 
      server 192.168.10.121:3333 backup;  #热备 
    } 
    error_page 404 https://www.baidu.com; #错误页 
    server { 
        keepalive_requests 120; #单连接请求上限次数。 
        listen       4545;   #监听端口 
        server_name  127.0.0.1;   #监听地址        
        location  ~*^.+$ {       #请求的url过滤，正则匹配，~为区分大小写，~*为不区分大小写。 
           #root path;  #根目录 
           #index vv.txt;  #设置默认页 
           proxy_pass  http://mysvr;  #请求转向mysvr 定义的服务器列表 
           deny 127.0.0.1;  #拒绝的ip 
           allow 172.18.5.54; #允许的ip            
        }  
    } 
}

配置示例

接下来通过配置Nginx配置文件，实现正向代理、反向代理、负载均衡、Nginx缓存、动静分离、高可用Nginx的六大功能，并进一步分析Nginx的原理。当需要使用Nginx配置文件时，参考本文示例即可，建议保存。

①转发代理

正向代理的代理对象是客户端。正向代理是指代理服务器为客户端访问目标服务器。

实现效果：在浏览器中输入，浏览器跳转到。

具体配置：

server{ 
    resolver 8.8.8.8; 
    listen 80; 
 
    location / { 
        proxy_pass http://$http_host$request_uri; 
    } 
}

在需要访问内网的客户端上执行以下操作之一：

1. 方法1（推荐） 
export http_proxy=http://你的正向代理服务器地址：代理端口    
 
2. 方法2 
vim ~/.bashrc 
export http_proxy=http://你的正向代理服务器地址：代理端口

②反向代理

反向代理是指中间服务器充当前端服务器响应客户端请求的代理，代理的对象是服务器。

实现效果：在浏览器中输入，从Nginx服务器跳转到Linux系统的Tomcat主页。

具体配置：

server { 
    listen       80;    
    server_name  192.168.4.32;   #监听地址 
 
    location  / {        
       root html;  #/html目录 
       proxy_pass http://127.0.0.1:8080;  #请求转向 
       index  index.html index.htm;      #设置默认页        
    }  
}

实现效果：根据浏览器输入的不同路径，跳转到不同端口的服务。

具体配置：

server { 
    listen       9000;    
    server_name  192.168.4.32;   #监听地址        
 
    location  ~ /example1/ {   
       proxy_pass http://127.0.0.1:5000;          
    }  
 
    location  ~ /example2/ {   
       proxy_pass http://127.0.0.1:8080;          
    }  
}

定位命令说明：

③负载均衡

实现效果：在浏览器地址栏中输入，平均到5000和8080端口，实现负载均衡效果。

具体配置：

upstream myserver {    
  server 192.167.4.32:5000; 
  server 192.168.4.32:8080; 
} 
 
 
server { 
    listen       80;   #监听端口 
    server_name  192.168.4.32;   #监听地址 
 
    location  / {        
       root html;  #html目录 
       index index.html index.htm;  #设置默认页 
       proxy_pass  http://myserver;  #请求转向 myserver 定义的服务器列表       
    }  
}

Nginx分发服务器策略：

协程（默认）：按照时间顺序一一分配请求。如果服务器宕机，可以手动删除。

权重：权重越高，分配的客户端越多，默认为1。

例如：

upstream myserver {    
  server 192.167.4.32:5000 weight=10; 
  server 192.168.4.32:8080 weight=5; 
}

IP：根据请求IP的Hash值分配，每个访问者定时访问一个前端服务器。

例如：

upstream myserver {  
  ip_hash;   
  server 192.167.4.32:5000; 
  server 192.168.4.32:8080; 
}

公平：根据前端服务器的响应时间进行分配，响应时间短的优先分配给请求。

例如：

upstream myserver {  
  fair;   
  server 192.168.4.32:5000; 
  server 192.168.4.32:8080; 
}

④ Nginx 缓存

实现效果：3天内，通过浏览器地址栏访问不会从服务器抓取资源，3天后（过期）重新从服务器下载。

具体配置：

# http 区域下添加缓存区配置 
proxy_cache_path /tmp/nginx_proxy_cache levels=1 keys_zone=cache_one:512m inactive=60s max_size=1000m; 
 
# server 区域下添加缓存配置 
location ~ \.(gif|jpg|png|htm|html|css|js)(.*) { 
     proxy_pass http://192.168.4.32:5000；#如果没有缓存则转向请求 
     proxy_redirect off; 
     proxy_cache cache_one; 
     proxy_cache_valid 200 1h;            #对不同的 HTTP 状态码设置不同的缓存时间 
     proxy_cache_valid 500 1d; 
     proxy_cache_valid any 1m; 
     expires 3d; 
}

Expires是给资源设置一个过期时间。通过设置Expires参数，浏览器可以缓存过期时间之前的内容，减少服务器与服务器之间的请求和流量。

也就是说不需要去服务器验证，可以直接通过浏览器本身确认是否过期，因此不会产生额外的流量。这种方法非常适合不经常变化的资源。

⑤动静分离

实现效果：通过浏览器地址栏访问静态资源服务器的静态资源内容。

通过浏览器地址栏访问动态资源服务器的动态资源内容。

具体配置：

upstream static {    
    server 192.167.4.31:80; 
} 
 
upstream dynamic {    
    server 192.167.4.32:8080; 
} 
 
server { 
    listen       80;   #监听端口 
    server_name  www.abc.com; 监听地址 
 
    # 拦截动态资源 
    location ~ .*\.(php|jsp)$ { 
       proxy_pass http://dynamic; 
    } 
 
    # 拦截静态资源 
    location ~ .*\.(jpg|png|htm|html|css|js)$ {        
       root /data/;  #html目录 
       proxy_pass http://static; 
       autoindex on;;  #自动打开文件列表 
    }   
}

⑥高可用性

通常，后台目标服务集群是通过Nginx主服务器访问的。当主服务器挂掉后，手动切换到备份服务器。此时备份服务器作为主服务器，访问前端目标服务器。

实现效果：规划两台Nginx服务器，通过浏览器地址栏访问虚拟IP地址，停止主服务器的Nginx，再次访问虚拟IP地址仍然有效。

具体配置：

# 安装 keepalived 
yum install keepalived -y 
 
# 检查版本 
rpm -q -a keepalived 
keepalived-1.3.5-16.el7.x86_64

1、在两台Nginx服务器上安装Keepalived：Keepalived相当于一个路由。它使用脚本来测量当前服务器是否还活着。如果还活着，则继续访问，否则切换到另一台备份服务器。

2、修改主备服务器的/etc/keepalived/keepalivec.conf配置文件（可直接替换），完成高可用主从配置。

Keepalived将Nginx服务器绑定到一个虚拟IP，Nginx高可用集群将这个虚拟IP暴露给外界。客户端通过访问这个虚拟IP来访问Nginx服务器。

global_defs { 
    notification_email { 
        acassen@firewall.loc 
        failover@firewall.loc 
        sysadmin@firewall.loc 
    } 
    notification_email_from_Alexandre.Cassen@firewall.loc 
    smtp_server 192.168.4.32 
    smtp_connect_timeout 30 
    router_id LVS_DEVEL  # 在 /etc/hosts 文件中配置，通过它能访问到我们的主机 
} 
 
vrrp_script_chk_http_port {    
    script "/usr/local/src/nginx_check.sh" 
 
    interval 2      # 检测脚本执行的时间间隔 
 
    weight 2        # 权重每次加2 
} 
 
vrrp_instance VI_1 { 
    interface ens7f0 # 网卡，需根据情况修改 
    state MASTER    # 备份服务器上将 MASTER 改为 BACKUP 
    virtual_router_id 51 # 主备机的 virtual_router_id 必须相同 
    priority 100   # 主备机取不同的优先级，主机值较大，备份机值较小 
    advert_int 1  # 每隔多长时间（默认1s）发送一次心跳，检测服务器是否还活着 
    authentication { 
      auth_type PASS 
      auth_pass 1111 
    } 
    virtual_ipaddress { 
        192.168.1.100 # VRRP H 虚拟地址，可以绑定多个 
    } 
}

数组说明如下：

router_id：在/etc/hosts文件中配置，通过它我们可以访问我们的主机。

127.0.0.1   localhost localhost.localdomain localhost4 localhost4.localdomain4 
::1         localhost localhost.localdomain localhost6 localhost6.localdomain6 
127.0.0.1   LVS_DEVEL

间隔：设置脚本执行的间隔时间。

Weight：当脚本执行失败，即Keepalived或者Nginx死机时，权重减少（可以是正数）。

界面：输入ifconfig命令查看当前网卡名称。

ens7f0: flags=4163  mtu 1500 
        inet 192.168.4.32  netmask 255.255.252.0  broadcast 192.168.7.255 
        inet6 fe80::e273:9c3c:e675:7c60  prefixlen 64  scopeid 0x20ink> 
        ... ...

3、在/usr/local/src目录下添加检查脚本nginx_check.sh：

#!/bin/bash 
A=`ps -C nginx -no-header |wc -l` 
if [ $A -eq 0 ];then 
    /usr/local/nginx/sbin/nginx 
    sleep 2 
    if [ ps -C nginx -no-header |wc -l` -eq 0 ];then 
        killall keepalived 
    fi 
fi

4、启动两台服务器的Nginx和Keepalived：

# 启动 nginx 
./nginx 
 
# 启动 keepalived 
systemctl start keepalived.service

5. 查看虚拟IP地址IPa。停止主服务器192.168.4.32Nginx和Keepalived，然后访问虚拟IP查看高可用效果。

原理分析

31段均衡器软件教程_10段均衡器app_均衡器的运用

Nginx启动后，Linux系统中有两个进程，一个是Master，一个是Worker。

Master作为管理员，不参与任何工作，只负责将不同的任务分配给多个Worker（通常有多个Worker）。

ps -ef |grep nginx 
root     20473     1  0  2019 ?        00:00:00 nginx: master process /usr/sbin/nginx 
nginx     4628 20473  0 Jan06 ?        00:00:00 nginx: worker process 
nginx     4629 20473  0 Jan06 ?        00:00:00 nginx: worker process

工人如何工作？客户端首先通过Master发送请求，管理员收到请求后将请求通知给Worker。

多个Worker采用抢夺任务的机制，拿到任务的Worker会通过Tomcat、反向代理、访问数据库等转发请求（Nginx本身并不直接支持Java）。

31段均衡器软件教程_均衡器的运用_10段均衡器app

一个Master多个Worker有什么好处？

多少工人合适？ Nginx和Redis类似，都采用IO复用机制，每个worker都是一个独立的进程，每个进程只有一个主线程。

通过以异步和非阻塞的方式处理请求，每个工作线程都可以最大限度地提高 CPU 的性能。因此，worker的数量与服务器中CPU的数量相等是最合适的。

思维：

恭喜！至此，你已经掌握了Nginx的六大功能的配置方法，并跟我一起进一步讲解了Nginx的原理。关于最近两次笔试可能会问到的思考题31段均衡器软件教程，欢迎大家在评论区积极讨论。

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