Nginx實現高可用

Nginx Windows Linux HTML Tomcat 設計師中央處理器 IT技術資源共享 2019-07-01

一、課程目標

Nginx介紹

Ningx應用場景

Windows環境下安裝Nginx

Windows環境下實現反向代理

Windows環境下實現負載均衡

Nginx實現網關接口跨域解決方案

Nginx實現防盜鏈

Nginx防止DDOS

Linux環境下安裝Nginx

Linux環境下實現反向代理

Linux環境下nginx+keepalived實現高可用

Linux環境下Session共享解決方案

高併發解決方案

一、nginx入門

1.1什麼是nginx？

nginx是一款高性能的http 服務器/反向代理服務器及電子郵件（IMAP/POP3）代理服務器。由俄羅斯的程序設計師Igor Sysoev所開發，官方測試nginx能夠支支撐5萬併發鏈接，並且cpu、內存等資源消耗卻非常低，運行非常穩定，所以現在很多知名的公司都在使用nginx。

1.2 nginx應用場景

1、http服務器。Nginx是一個http服務可以獨立提供http服務。可以做網頁靜態服務器。

2、虛擬主機。可以實現在一臺服務器虛擬出多個網站。例如個人網站使用的虛擬主機。

3、反向代理，負載均衡。當網站的訪問量達到一定程度後，單臺服務器不能滿足用戶的請求時，需要用多臺服務器集群可以使用nginx做反向代理。並且多臺服務器可以平均分擔負載，不會因為某臺服務器負載高宕機而某臺服務器閒置的情況。

1.3 Windows環境下安裝Nginx

解壓:nginx-windows

雙擊: nginx.exe

能看到nginx歡迎界面說明,nginx安裝成功

演示下 nginx做靜態服務器

1.3.1 windows常用命令

nginx.exe -s stop –停止

1.4 nginx優缺點

佔內存小，可以實現高併發連接、處理響應快。

可以實現http服務器、虛擬主機、反向代理、負載均衡。

nginx配置簡單

可以不暴露真實服務器IP地址

1.4 nginx.conf 介紹

1.4.1 nginx.conf文件的結構

nginx的配置由特定的標識符(指令符)分為多個不同的模塊。

指令符分為簡單指令和塊指令。

簡單指令格式：[name parameters;]

塊指令格式：和簡單指令格式有一樣的結構，但其結束標識符不是分號，而是大括號{},塊指令內部可以包含simple directives 和block directives, 可以稱塊指令為上下文(e.g. events, http, server, location)

conf文件中，所有不屬於塊指令的簡單指令都屬於main上下文的，http塊指令屬於main上下文，server塊指令http上下文。

1.4.2 配置靜態訪問

Web server很重要一部分工作就是提供靜態頁面的訪問，例如images, html page。nginx可以通過不同的配置，根據request請求，從本地的目錄提供不同的文件返回給客戶端。

打開安裝目錄下的nginx.conf文件，默認配置文件已經在http指令塊中創建了一個空的server塊，在nginx-1.8.0中的http塊中已經創建了一個默認的server塊。內容如下：

server {
 listen 80;
 server_name localhost;
 location / {
 root html;
 index index.html index.htm;
 }
 error_page 500 502 503 504 /50x.html;
 location = /50x.html {
 root html;
 } 
}

1.4 nginx實現反向代理

1.4.1什麼是反向代理?

反向代理（Reverse Proxy）方式是指以代理服務器來接受internet上的連接請求，然後將請求轉發給內部網絡上的服務器，並將從服務器上得到的結果返回給internet上請求連接的客戶端，此時代理服務器對外就表現為一個反向代理服務器。

啟動一個Tomcat 127.0.0.1:8080

使用nginx反向代理 8080.itmayiedu.com 直接跳轉到127.0.0.1:8080

1.4.1Host文件新增

127.0.0.1 8080.itmayiedu.com
127.0.0.1 b8081.itmayiedu.com

1.4.2 nginx.conf 配置

配置信息:

 server {
 listen 80;
 server_name 8080.itmayiedu.com;
 location / {
		 proxy_pass http://127.0.0.1:8080;
			index index.html index.htm;
 }
 }
 server {
 listen 80;
 server_name b8081.itmayiedu.com;
 location / {
		 proxy_pass http://127.0.0.1:8081;
			index index.html index.htm;
 }
 }

1.5 nginx實現負載均衡

1.5.1什麼是負載均衡

負載均衡建立在現有網絡結構之上，它提供了一種廉價有效透明的方法擴展網絡設備和服務器的帶寬、增加吞吐量、加強網絡數據處理能力、提高網絡的靈活性和可用性。

負載均衡，英文名稱為Load Balance，其意思就是分攤到多個操作單元上進行執行，例如Web服務器、FTP服務器、企業關鍵應用服務器和其它關鍵任務服務器等，從而共同完成工作任務。

1.5.3負載均衡策略

1、輪詢（默認）
每個請求按時間順序逐一分配到不同的後端服務器，如果後端服務器down掉，能自動剔除。 
upstream backserver { 
server 192.168.0.14; 
server 192.168.0.15; 
} 
2、指定權重
指定輪詢機率，weight和訪問比率成正比，用於後端服務器性能不均的情況。 
upstream backserver { 
server 192.168.0.14 weight=10; 
server 192.168.0.15 weight=10; 
} 
3、IP綁定 ip_hash
每個請求按訪問ip的hash結果分配，這樣每個訪客固定訪問一個後端服務器，可以解決session的問題。 
upstream backserver { 
ip_hash; 
server 192.168.0.14:88; 
server 192.168.0.15:80; 
}

1.5.4配置代碼

upstream backserver { 
 server 127.0.0.1:8080; 
 server 127.0.0.1:8081; 
 } 
 server {
 listen 80;
 server_name www.itmayiedu.com;
 location / {
		 proxy_pass http://backserver;
			index index.html index.htm;
 }
 }

1.5.4宕機輪訓配置規則


 server {
 listen 80;
 server_name www.itmayiedu.com;
 location / {
		 proxy_pass http://backserver;
			index index.html index.htm;
			proxy_connect_timeout 1;
 proxy_send_timeout 1;
 proxy_read_timeout 1;
 }
		
		}

1.6 nginx解決網站跨域問題

server {
 listen 80;
 server_name www.itmayiedu.com;
 location /A {
		 proxy_pass http://a.a.com:81/A;
			index index.html index.htm;
 }
		location /B {
		 proxy_pass http://b.b.com:81/B;
			index index.html index.htm;
 }
 }

1.7 nginx配置防盜鏈

location ~ .*\.(jpg|jpeg|JPG|png|gif|icon)$ {
 valid_referers blocked http://www.itmayiedu.com www.itmayiedu.com;
 if ($invalid_referer) {
 return 403;
 }
		}

1.7 nginx配置DDOS

1.7.1限制請求速度

設置Nginx、Nginx Plus的連接請求在一個真實用戶請求的合理範圍內。比如，如果你覺得一個正常用戶每兩秒可以請求一次登錄頁面，你就可以設置Nginx每兩秒鐘接收一個客戶端IP的請求（大約等同於每分鐘30個請求）。

limit_req_zone $binary_remote_addr zone=one:10m rate=30r/m;

server {

...

location /login.html {

limit_req zone=one;

...

}

limit_req_zone命令設置了一個叫one的共享內存區來存儲請求狀態的特定鍵值，在上面的例子中是客戶端IP($binary_remote_addr)。location塊中的limit_req通過引用one共享內存區來實現限制訪問/login.html的目的。

1.7.1限制請求速度

設置Nginx、Nginx Plus的連接數在一個真實用戶請求的合理範圍內。比如，你可以設置每個客戶端IP連接/store不可以超過10個。

三、linux操作nginx

Nginx是一款輕量級的網頁服務器、反向代理服務器。相較於Apache、lighttpd具有佔有內存少，穩定性高等優勢。它最常的用途是提供反向代理服務。

3.1 linux安裝

在Centos下，yum源不提供nginx的安裝，可以通過切換yum源的方法獲取安裝。也可以通過直接下載安裝包的方法，以下命令均需root權限執行：

首先安裝必要的庫（nginx 中gzip模塊需要 zlib 庫，rewrite模塊需要 pcre 庫，ssl 功能需要openssl庫）。選定/usr/local為安裝目錄，以下具體版本號根據實際改變。

3.1.1.安裝PCRE庫

$ cd /usr/local/
$ wget ftp://ftp.csx.cam.ac.uk/pub/software/programming/pcre/pcre-8.36.tar.gz
$ tar -zxvf pcre-8.36.tar.gz
$ cd pcre-8.36
$ ./configure
$ make
$ make install

./configure報錯

configure: error: You need a C++ compiler for C++ support.

解決辦法

yum install -y gcc gcc-c++

3.1.2.安裝zlib庫

$ cd /usr/local/ 
$ wget http://zlib.net/zlib-1.2.8.tar.gz
$ tar -zxvf zlib-1.2.8.tar.gz
$ cd zlib-1.2.8
$ ./configure
$ make
$ make install

3.1.3.安裝ssl

$ cd /usr/local/
$ wget http://www.openssl.org/source/openssl-1.0.1j.tar.gz
$ tar -zxvf openssl-1.0.1j.tar.gz
$ ./config
$ make
$ make install

3.1.4.安裝nginx

$ cd /usr/local/
$ wget http://nginx.org/download/nginx-1.8.0.tar.gz
$ tar -zxvf nginx-1.8.0.tar.gz
$ cd nginx-1.8.0 
$ ./configure --prefix=/usr/local/nginx 
$ make
$ make install

安裝常見錯誤:

Nginx啟動提示找不到libpcre.so.1解決方法

如果是32位系統

[root@lee ~]# ln -s /usr/local/lib/libpcre.so.1 /lib

如果是64位系統

[root@lee ~]# ln -s /usr/local/lib/libpcre.so.1 /lib64

然後在啟動nginx就OK了

[root@lee ~]# /usr/local/webserver/nginx/sbin/nginx

3.2 啟動nginx

$ /usr/local/nginx/sbin/nginx

檢查是否啟動成功：

打開瀏覽器訪問此機器的 IP，如果瀏覽器出現 Welcome to nginx! 則表示 Nginx 已經安裝並運行成功。

3.2.1常用命令

重啟：

$ /usr/local/nginx/sbin/nginx 啟動命令

重啟：

$ /usr/local/nginx/sbin/nginx –s reload

停止：

$ /usr/local/nginx/sbin/nginx –s stop

測試配置文件是否正常：

$ /usr/local/nginx/sbin/nginx –t

強制關閉：

$ pkill nginx

3.2 啟動Nginx + Keepalived高可用

什麼是Keepalived

Keepalived是一個免費開源的，用C編寫的類似於layer3, 4 & 7交換機制軟件，具備我們平時說的第3層、第4層和第7層交換機的功能。主要提供loadbalancing（負載均衡）和 high-availability（高可用）功能，負載均衡實現需要依賴Linux的虛擬服務內核模塊（ipvs），而高可用是通過VRRP協議實現多臺機器之間的故障轉移服務。

上圖是Keepalived的功能體系結構，大致分兩層：用戶空間（user space）和內核空間（kernel space）。

內核空間：主要包括IPVS（IP虛擬服務器，用於實現網絡服務的負載均衡）和NETLINK（提供高級路由及其他相關的網絡功能）兩個部份。

用戶空間：

WatchDog：負載監控checkers和VRRP進程的狀況

VRRP Stack：負載負載均衡器之間的失敗切換FailOver，如果只用一個負載均稀器，則VRRP不是必須的。

Checkers：負責真實服務器的健康檢查healthchecking，是keepalived最主要的功能。換言之，可以沒有VRRP Stack，但健康檢查healthchecking是一定要有的。

IPVS wrapper：用戶發送設定的規則到內核ipvs代碼

Netlink Reflector：用來設定vrrp的vip地址等。

Keepalived的所有功能是配置keepalived.conf文件來實現的。

3.2.1安裝keepalived

下載keepalived地址：http://www.keepalived.org/download.html

解壓安裝：

tar -zxvf keepalived-1.2.18.tar.gz -C /usr/local/

yum install -y openssl openssl-devel（需要安裝一個軟件包）

cd keepalived-1.2.18/ && ./configure --prefix=/usr/local/keepalived

make && make install

3.2.2keepalived安裝成Linux系統服務

將keepalived安裝成Linux系統服務，因為沒有使用keepalived的默認安裝路徑（默認路徑：/usr/local）,安裝完成之後，需要做一些修改工作：

首先創建文件夾，將keepalived配置文件進行復制：

mkdir /etc/keepalived

cp /usr/local/keepalived/etc/keepalived/keepalived.conf /etc/keepalived/

然後複製keepalived腳本文件：

cp /usr/local/keepalived/etc/rc.d/init.d/keepalived /etc/init.d/

cp /usr/local/keepalived/etc/sysconfig/keepalived /etc/sysconfig/

ln -s /usr/local/sbin/keepalived /usr/sbin/

ln -s /usr/local/keepalived/sbin/keepalived /sbin/

可以設置開機啟動：chkconfig keepalived on，到此我們安裝完畢!

3.2.3keepalived 常用命令

service keepalived start

service keepalived stop

3.2.3 配置nginx主備自動重啟

第三步：對配置文件進行修改：vim /etc/keepalived/keepalived.conf

keepalived.conf配置文件說明：

（一）Master

! Configuration File for keepalived
global_defs {
 router_id bhz005 ##標識節點的字符串，通常為hostname
}
##keepalived 會定時執行腳本並且對腳本的執行結果進行分析，動態調整vrrp_instance的優先級。這裡的權重weight 是與下面的優先級priority有關，如果執行了一次檢查腳本成功，則權重會-20，也就是由100 - 20 變成了80，Master 的優先級為80 就低於了Backup的優先級90，那麼會進行自動的主備切換。
如果腳本執行結果為0並且weight配置的值大於0，則優先級會相應增加。
如果腳本執行結果不為0 並且weight配置的值小於0，則優先級會相應減少。
vrrp_script chk_nginx {
 script "/etc/keepalived/nginx_check.sh" ##執行腳本位置
 interval 2 ##檢測時間間隔
 weight -20 ## 如果條件成立則權重減20（-20）
}
##定義虛擬路由 VI_1為自定義標識。
vrrp_instance VI_1 {
state MASTER ## 主節點為MASTER，備份節點為BACKUP
 ## 綁定虛擬IP的網絡接口（網卡），與本機IP地址所在的網絡接口相同（我這裡是eth6）
interface eth6 
virtual_router_id 172 ## 虛擬路由ID號
 mcast_src_ip 192.168.1.172 ## 本機ip地址
 priority 100 ##優先級配置（0-254的值）
 Nopreempt ## 
 advert_int 1 ## 組播信息發送間隔，倆個節點必須配置一致，默認1s
 authentication { 
 auth_type PASS
 auth_pass bhz ## 真實生產環境下對密碼進行匹配
 }
 track_script {
 chk_nginx
 }
 virtual_ipaddress {
 192.168.1.170 ## 虛擬ip(vip)，可以指定多個
 }
}

（二）Backup

! Configuration File for keepalived

global_defs {

router_id bhz006

}

vrrp_script chk_nginx {

script "/etc/keepalived/nginx_check.sh"

interval 2

weight -20

}

vrrp_instance VI_1 {

state BACKUP

interface eth7

virtual_router_id 173

mcast_src_ip 192.168.1.173

priority 90 ##優先級配置

advert_int 1

authentication {

auth_type PASS

auth_pass bhz

}

track_script {

chk_nginx

}

virtual_ipaddress {

192.168.1.170

}

（三）nginx_check.sh 腳本：

#!/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

（四）我們需要把master的keepalived配置文件 copy到master機器（172）的 /etc/keepalived/ 文件夾下，在把backup的keepalived配置文件copy到backup機器（173）的 /etc/keepalived/ 文件夾下，最後把nginx_check.sh腳本分別copy到兩臺機器的 /etc/keepalived/文件夾下。

（五）nginx_check.sh腳本授權。賦予可執行權限：chmod +x /etc/keepalived/nginx_check.sh

（六）啟動2臺機器的nginx之後。我們啟動兩臺機器的keepalived

/usr/local/nginx/sbin/nginx

service keepalived start

ps -ef | grep nginx

ps -ef | grep keepalived

可以進行測試，首先看一下倆臺機器的ip a 命令下都會出現一個虛擬ip，我們可以停掉一個機器的keepalived，然後測試，命令：service keepalived stop。結果發現當前停掉的機器已經不可用，keepalived會自動切換到另一臺機器上。

（七）我們可以測試在nginx出現問題的情況下，實現切換，這個時候我們只需要把nginx的配置文件進行修改，讓其變得不可用，然後強殺掉nginx進程即可，發現也會實現自動切換服務器節點。

 **3.2.3 nginx配置負載均衡**

創建一個springboot項目實現負載均衡

四、集群情況下Session共享解決方案

4.1 集群情況下session會產生什麼原因?

4.2 什麼是會話機制

4.3 Session存放在哪裡

4.4 Session共享解決方案

4.4.1 nginx或者haproxy做的負載均衡)

用Nginx 做的負載均衡可以添加ip_hash這個配置，

用haproxy做的負載均衡可以用 balance source這個配置。

從而使同一個ip的請求發到同一臺服務器。

4.4.2 利用數據庫同步session

4.4.3利用cookie同步session數據原理圖如下

缺點:安全性差、http請求都需要帶參數增加了帶寬消耗

4.4.4使用Session集群存放Redis

創建一個springboot項目

4.4.1引入maven依賴

	<!--spring boot 與redis應用基本環境配置 -->
 <dependency>
 <groupId>org.springframework.boot</groupId>
 <artifactId>spring-boot-starter-redis</artifactId>
 </dependency>
 <!--spring session 與redis應用基本環境配置,需要開啟redis後才可以使用，不然啟動Spring boot會報錯 -->
 <dependency>
 <groupId>org.springframework.session</groupId>
 <artifactId>spring-session-data-redis</artifactId>
 </dependency>

4.4.2創建SessionConfig

import org.springframework.beans.factory.annotation.Value;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.data.redis.connection.jedis.JedisConnectionFactory;
import org.springframework.session.data.redis.config.annotation.web.http.EnableRedisHttpSession;
//這個類用配置redis服務器的連接
//maxInactiveIntervalInSeconds為SpringSession的過期時間（單位：秒）
@EnableRedisHttpSession(maxInactiveIntervalInSeconds = 1800)
public class SessionConfig {
	// 冒號後的值為沒有配置文件時，制動裝載的默認值
	@Value("${redis.hostname:localhost}")
	String HostName;
	@Value("${redis.port:6379}")
	int Port;
	@Bean
	public JedisConnectionFactory connectionFactory() {
		JedisConnectionFactory connection = new JedisConnectionFactory();
		connection.setPort(Port);
		connection.setHostName(HostName);
		return connection;
	}
}

4.4.3初始化Session

//初始化Session配置
public class SessionInitializer extends AbstractHttpSessionApplicationInitializer{
 public SessionInitializer() {
 super(SessionConfig.class);
 }
}

4.4.4 控制器層代碼

import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpSession;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Value;
import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
@RestController
public class SessionController {
	@Value("${server.port}")
	private String PORT;
	public static void main(String[] args) {
		SpringApplication.run(SessionController.class, args);
	}
	@RequestMapping("/index")
	public String index() {
		return "index:" + PORT;
	}
	/**
	 * 
	 * @methodDesc: 功能描述:(往session存放值)
	 */
	@RequestMapping("/setSession")
	public String setSession(HttpServletRequest request, String sessionKey, String sessionValue) {
		HttpSession session = request.getSession(true);
		session.setAttribute(sessionKey, sessionValue);
		return "success,port:" + PORT;
	}
	/**
	 * 
	 * @methodDesc: 功能描述:(從Session獲取值)
	 */
	@RequestMapping("/getSession")
	public String getSession(HttpServletRequest request, String sessionKey) {
		HttpSession session =null;
		try {
		 session = request.getSession(false);
		} catch (Exception e) {
		 e.printStackTrace();
		}
		String value=null;
		if(session!=null){
			value = (String) session.getAttribute(sessionKey);
		}
		return "sessionValue:" + value + ",port:" + PORT;
	}
}

五、高併發解決方案

六、業務數據庫 -》數據水平分割(分區分表分庫)、讀寫分離

七、業務應用 -》邏輯代碼優化(算法優化)、公共數據緩存

八、應用服務器 -》反向靜態代理、配置優化、負載均衡(apache分發，多tomcat實例)

九、系統環境 -》 JVM調優

十、頁面優化 -》減少頁面連接數、頁面尺寸瘦身

十一、1、動態資源和靜態資源分離；

十二、2、CDN；

十三、3、負載均衡；

十四、4、分佈式緩存；

十五、5、數據庫讀寫分離或數據切分（垂直或水平）；

十六、6、服務分佈式部署。

Nginx實現高可用

一、課程目標

一、nginx入門

三、linux操作nginx

四、集群情況下Session共享解決方案

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