？？Nginx实现会话保持_Nginx会话保持与Redis的结合_Nginx实现四层负载均衡

Shenqi Lotus2024-09-16 13:17

文章目录

一、会话保持与Nginx会话保持

什么是会话保持

会话保持（Session Persistence）在负载均衡和反向代理中是一个重要的概念，尤其是在使用 Nginx 时。会话保持确保来自同一用户的请求始终被路由到相同的后端服务器。这对于某些应用程序是必要的，因为它们依赖于会话状态保持在特定的服务器上。

会话保持应用场景

会话保持（Session Persistence）在生产环境中的应用场景主要有以下几种：

  1. 负载均衡：当有多个应用服务器处理请求时，会话保持可以确保用户的请求始终转发到同一个服务器，这对于需要会话状态的应用（如购物车内容、用户登录状态等）至关重要。

  2. 在线购物网站：用户在购物过程中，购物车信息通常存储在服务器上。会话保持确保用户的购物车信息在不同请求中保持一致。

  3. 金融服务应用：在处理银行交易或账户管理时，会话保持可以确保用户在整个会话期间保持与同一服务器的连接，以防止数据不一致或安全问题。

  4. 游戏服务器：在线多人游戏常需要用户保持连接到同一个服务器，以保持游戏状态和用户数据的一致性。

在Nginx中实现会话保持通常通过设置负载均衡的 ip_hash 或 sticky 会话方法来完成。例如：

nginx 复制代码 
http {
    upstream backend {
        ip_hash;  # 根据客户端IP保持会话
        server backend1.example.com;
        server backend2.example.com;
    }

    server {
        listen 80;

        location / {
            proxy_pass http://backend;
        }
    }
}

在这个配置中，ip_hash 指令用于确保来自相同IP地址的请求被转发到同一台后端服务器。

session与cookie的区别

Session 和 Cookie 是两种用于在客户端和服务器之间保持状态的技术。它们的主要区别在于存储位置和用途：

  1. 存储位置：

    • Cookie：存储在客户端（用户的浏览器）中。Cookie 可以持久存储，也可以设置为会话期间有效。
    • Session ：存储在服务器端。服务器为每个用户创建一个唯一的 session ID，并将该 ID 存储在客户端的 Cookie 中。实际的用户数据则保存在服务器上。（可以使用服务器中的共享存储/缓存数据库/数据库/本地文件中来具体存储）

  2. 安全性：

    • Cookie：由于存储在客户端，更容易被篡改或被盗取。虽然可以通过加密和设置 HttpOnly 属性来提高安全性，但仍存在一定风险。
    • Session：数据存储在服务器端，安全性更高。但 session ID 仍可能被窃取，因此也需要通过加密和安全措施来保护。

  3. 存储容量：

    • Cookie：每个 Cookie 通常限制在 4KB 以内，每个域名下浏览器存储的 Cookie 数量也有限制。
    • Session：没有严格的大小限制，但所有 session 数据都存储在服务器上，随着用户数量的增加，会占用更多的服务器资源。

  4. 使用场景：

    • Cookie：适用于存储少量的、不敏感的用户偏好设置或会话信息。
    • Session：适用于需要服务器确认用户身份的场景，如登录状态、购物车等。

  5. 持久性：

    • Cookie：可以设置过期时间，使其在一定时间内持久存储。
    • Session：通常在用户关闭浏览器或达到一定时间后失效，但也可以设置为持久化存储。

总结来说，Cookie 适用于存储少量、非敏感数据，而 Session 更适合存储需要服务器验证的敏感信息。两者可以结合使用，以实现更安全、高效的用户状态管理。

Nginx 中的会话保持实现

Nginx 实现会话保持主要有两种方式：

  1. 基于 Cookie 的会话保持（Sticky Sessions）
  2. 基于 IP 的会话保持

在 Nginx 中，可以使用 sticky 模块来实现基于 Cookie 的会话保持。这个模块允许 Nginx 在用户的请求中插入一个 Cookie，用于标识用户的会话，并确保所有请求都路由到相同的后端服务器。

示例配置：

nginx 复制代码 
http {
    upstream backend {
        # 启用 sticky session
        sticky cookie srv_id expires=1h domain=.example.com path=/;
        server backend1.example.com;
        server backend2.example.com;
    }

    server {
        listen 80;

        location / {
            proxy_pass http://backend;
            # 传递请求头
            proxy_set_header Host $host;
            proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
            proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
            proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;
        }
    }
}

在上述配置中：

  • sticky cookie srv_id 指定了用于会话保持的 Cookie 名称（srv_id），并设置了 Cookie 的过期时间（expires=1h）。

  • 该 Cookie 会在用户第一次访问时由 Nginx 创建，之后每次请求都会带上该 Cookie，从而确保请求被路由到相同的后端服务器。

注：expires 指令的语法

在Nginx配置中，expires

是一个指令，用于设置缓存的过期时间。它控制了浏览器和代理缓存多久时间内可以使用缓存的内容，而无需重新从服务器请求。这对于提高网页加载速度和减少服务器负担非常有用。

nginx 复制代码 
expires [时间] [时间单位];
  • 时间：指定缓存的时间长度。
  • 时间单位 ：如 s（秒）、m（分钟）、h（小时）、d（天）。

常见用法

  1. 设置静态资源缓存时间
nginx 复制代码 
location /static/ {
    alias /var/www/static/;
    expires 30d;
    add_header Cache-Control "public";
}

在这个例子中，expires 30d; 表示静态资源会被缓存 30 天。

  1. 设置不同缓存策略
nginx 复制代码 
location /images/ {
    expires 1h;
    add_header Cache-Control "public";
}

location /scripts/ {
    expires 7d;
    add_header Cache-Control "public";
}

在这里，/images/ 目录下的资源缓存 1 小时，而 /scripts/ 目录下的资源缓存 7 天。

expires 的翻译

expires 在中文中通常被翻译为 "过期" 或 "过期时间" 。例如，expires 30d; 可以理解为 "缓存 30 天" 或 "缓存过期时间为 30 天"。

2. 基于 IP 的会话保持

如果你希望通过用户的 IP 地址来实现会话保持，可以使用 Nginx 的内置负载均衡算法，如 ip_hash。这会将来自相同 IP 的请求始终路由到同一个后端服务器。

示例配置：

nginx 复制代码 
http {
    upstream backend {
        # 启用 IP hash
        ip_hash;
        server backend1.example.com;
        server backend2.example.com;
    }

    server {
        listen 80;

        location / {
            proxy_pass http://backend;
            # 传递请求头
            proxy_set_header Host $host;
            proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
            proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
            proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;
        }
    }
}

在上述配置中：

  • ip_hash 指令使得来自相同 IP 地址的请求被发送到相同的后端服务器。这种方法适用于用户的 IP 地址在会话期间保持不变的情况。

注：ip_hash负载均衡算法原理

ip_hash 指令用于在 Nginx 中实现会话保持，即确保来自同一 IP

地址的请求被转发到同一台后端服务器。这对于保持用户会话的状态一致性非常重要，尤其是在负载均衡环境中。

一、作用

ip_hash 主要用于以下场景：

  • 会话保持：确保用户的请求总是被发送到相同的服务器，维持会话数据的一致性。
  • 负载均衡：在多个后端服务器间分配负载，但每个用户的请求始终到达同一台服务器。

二、底层原理

ip_hash 的工作原理如下：

  1. 客户端 IP 地址哈希：Nginx 使用客户端的 IP 地址作为输入，通过哈希函数生成一个哈希值。
  2. 哈希值映射：根据生成的哈希值，将请求分配到后端服务器。这通常是通过模运算实现的，即将哈希值对服务器数量取模。
  3. 一致性哈希：对于每个客户端 IP，生成的哈希值在一定时间内保持不变，从而保证同一 IP 的请求始终被路由到同一服务器。

三、实现示例

在 Nginx 配置中使用 ip_hash 示例：

nginx 复制代码 
http {
    upstream backend {
        ip_hash;
        server backend1.example.com;
        server backend2.example.com;
        server backend3.example.com;
    }

    server {
        listen 80;

        location / {
            proxy_pass http://backend;
        }
    }
}

在这个配置中，ip_hash 指令确保来自同一 IP 的请求被发送到 backend 组中的同一台服务器。

选择合适的会话保持方法
  • 基于 Cookie 的会话保持：适用于需要更高的灵活性和负载均衡的场景，可以更好地处理客户端 IP 地址变动的情况。
  • 基于 IP 的会话保持：适用于用户的 IP 地址在会话期间保持稳定的场景。

请根据你的应用需求选择合适的会话保持策略。

二、将Nginx实现会话保持与Redis结合

要在 PHP Web 应用中将 Nginx 实现会话保持与 Redis 配置相结合，可以按照以下步骤进行配置：

1. 配置 Redis 作为会话存储

在 PHP 应用中，你需要配置 Redis 作为会话存储。这通常涉及到修改 php.ini 文件来设置 Redis 作为会话处理器。

  1. 安装 Redis 扩展 ：

    使用 PECL 安装 Redis 扩展：

    bash 复制代码 
    pecl install redis

  2. 配置 php.ini ：

    打开你的 php.ini 文件，并添加以下配置：

    ini 复制代码 
    session.save_handler = redis
session.save_path = "tcp://localhost:6379"

    这将指示 PHP 使用 Redis 作为会话存储，并指定 Redis 实例的地址和端口。

2. 配置 Nginx 实现会话保持

在 Nginx 中配置负载均衡和会话保持，可以使用 ip_hash 指令来确保用户请求始终被分配到同一台服务器。

编辑你的 Nginx 配置文件，通常是 /etc/nginx/nginx.conf 或 /etc/nginx/sites-available/default：

nginx 复制代码 
http {
    upstream php_backend {
        ip_hash;
        server backend1.example.com; # 服务器1
        server backend2.example.com; # 服务器2
    }

    server {
        listen 80;

        location / {
            proxy_pass http://php_backend;
            proxy_set_header Host $host;
            proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
            proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
            proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;
        }
    }
}

3. 验证配置

  1. 检查 Redis 存储 ：

    确保 Redis 实例正在运行并能够访问。可以使用 Redis CLI 工具来检查存储的会话数据：

    bash 复制代码 
    redis-cli
keys '*'

  2. 测试 Nginx 配置 ：

    使用不同的 IP 地址进行测试，确保 ip_hash 指令将请求路由到相同的服务器，并且在多台服务器之间会话数据保持一致。

  3. 检查 PHP 会话 ：

    在你的 PHP 应用中，创建一个测试页面来输出会话数据，验证会话在不同的请求之间是否正确存储和恢复。

通过这种配置，你可以确保用户的会话数据在多台服务器之间保持一致，同时在负载均衡时始终将用户的请求路由到相同的服务器实例。

注：Redis与Nginx关系，Redis MySQL MongoDB适用场景的区别，Redis与Cookie

Redis是什么

Redis 和传统的关系数据库在设计理念、功能和应用场景上有许多区别。以下是它们的一些主要差异：
**1.存储模型

**

  • Redis：是一个内存数据存储系统，通常用于缓存和实时数据处理。数据主要存储在内存中，并可以选择性地持久化到磁盘。它支持多种数据结构，如字符串、哈希、列表、集合和有序集合。
  • 传统关系数据库：如MySQL、PostgreSQL，主要用于持久化数据存储，数据通常存储在磁盘上。关系数据库使用表格模型来存储数据，并支持SQL查询语言。

**2.数据持久化

**

  • Redis ：主要将数据存储在内存中，以提供高效的读写操作。Redis 提供了两种持久化机制：
    • RDB（快照）：定期将数据快照保存到磁盘。
    • AOF（追加文件）：将每次写操作追加到日志文件中，支持更高的数据恢复精度。
  • 传统关系数据库：数据持久化是主要特性，所有数据默认存储在磁盘上，并且通常有事务机制确保数据一致性。

**3.数据模型

**

  • Redis：支持丰富的数据结构，如字符串、哈希、列表、集合和有序集合。它的数据操作非常高效，适合实时数据处理和缓存场景。
  • 传统关系数据库：使用表格和行列结构来组织数据，并通过SQL进行操作。适合复杂查询、数据分析和事务处理。

**4.查询语言

**

  • Redis：使用其特定的命令集进行操作，不支持复杂的查询语言。操作通常是通过直接调用命令来完成的。
  • 传统关系数据库：使用SQL（结构化查询语言），支持复杂的查询、联接、聚合等操作。

**5.事务处理

**

  • Redis：支持事务，通过MULTI、EXEC、WATCH等命令来实现原子操作，但事务处理不如关系数据库复杂。
  • 传统关系数据库：支持ACID（原子性、一致性、隔离性、持久性）事务，提供更强的事务处理能力和一致性保障。

**6.应用场景

**

  • Redis：通常用于缓存、实时数据处理、会话存储、消息队列等场景。它的高性能和低延迟特性使其适合这些用途。
  • 传统关系数据库：用于需要复杂查询、数据完整性和事务处理的场景，如业务应用、财务系统、用户管理等。

**总结

**
Redis 和传统关系数据库各有其独特的用途和优势。Redis 更适合高性能的缓存和实时数据处理，而传统关系数据库则擅长处理复杂的查询和事务。实际应用中，Redis 常与关系数据库配合使用，以便在需要时提供更快的读写操作和实时数据访问。

Nginx与Redis

Redis用于存储会话数据，从而支持Nginx在负载均衡时保持用户会话的持续性。当你有多个服务器时，Redis可以作为集中式存储来确保用户在不同服务器上操作时会话状态的一致性。配置Redis时，你需要安装Redis服务器，设置Nginx与Redis的连接，并在Nginx配置中指定Redis作为会话存储。
Redis的主要用途包括缓存数据、会话存储、任务队列和实时分析等。它尤其适用于需要快速数据访问和高并发处理的场景。配置Redis可以帮助提升应用性能并确保会话管理的可靠性。
Nginx使用Redis来实现会话保持是因为Redis可以存储和共享用户会话数据，这在负载均衡环境中尤其重要。Redis作为集中式存储可以确保用户会话在不同的服务器上保持一致。

Nginx实现会话保持一定需要Redis吗？

不一定需要Redis。Nginx可以通过使用IP哈希或会话粘性模块实现会话保持，而不依赖Redis。但如果你有更复杂的需求，比如跨多台服务器的会话共享，Redis是一个常用的解决方案。
跨多台服务器的会话共享指的是在分布式系统中，用户的会话信息能够在多个服务器之间保持一致和同步。这个机制使得用户在进行负载均衡时，可以被路由到不同的服务器上而不会丢失会话信息，从而实现无缝的用户体验。以下是实现跨多台服务器会话共享的几种常见方法：
1.集中式会话存储

  • Redis：一种高效的内存数据存储解决方案。将会话信息存储在Redis中，所有服务器都可以访问Redis来读取和更新会话数据。
  • 数据库：可以使用关系数据库或NoSQL数据库来存储会话信息，所有服务器都可以通过数据库访问会话数据。

2.会话粘性（Sticky Sessions）

  • 负载均衡器：配置负载均衡器（如Nginx、HAProxy等）将同一用户的所有请求都路由到同一台服务器上。这种方式需要确保服务器上的会话信息能够被保持，但不适用于动态扩展的场景，因为这要求用户始终被分配到相同的服务器上。
    3.分布式缓存
  • Memcached：类似于Redis，但通常用于缓存而非持久存储。将会话数据存储在分布式缓存系统中，所有服务器都可以访问缓存。
  • 其他分布式缓存系统：如Apache Ignite、Couchbase等。

4.JWT（JSON Web Token）

  • 无状态会话：将会话信息编码在JWT中，并在每次请求中传递。服务器可以解码JWT以获取会话数据，无需集中存储。此方法适用于不需要在服务器端保存会话状态的情况。
    5.Session Replication（会话复制）
  • 服务器间同步：在多台服务器之间复制会话信息。这需要实现会话数据的同步机制，确保所有服务器上的会话数据一致。此方法可能会增加复杂性和性能开销。
    实现的考虑因素：
  • 一致性：确保所有服务器上的会话数据一致性。
  • 性能：集中存储或缓存会话数据时的性能开销。
  • 可扩展性：系统的扩展性和负载均衡能力。
  • 安全性：保护会话数据的安全，防止泄露和篡改。

选择合适的会话共享方法取决于你的应用需求、架构设计和技术栈。

Redis与Cookie的联系？

Cookie则是客户端存储的，用于在用户的浏览器中保存会话标识符。Redis通过这些标识符来检索会话数据，确保用户的会话信息在服务器端的一致性。简单来说，Cookie用于客户端标识用户，而Redis在服务器端存储实际的会话数据。

Nginx与MySQL MongoDB适用场景对比

Redis适用于需要快速读写、缓存数据、会话管理和实时数据处理的场景，如实时分析、任务队列和高并发应用。
MySQL适合结构化数据的存储和管理，特别是需要复杂查询、事务处理和关系数据的应用，比如传统的业务应用和数据驱动的系统。
MongoDB则是一个文档型数据库，适合存储非结构化或半结构化数据，支持灵活的数据模型和高并发读写，适用于内容管理系统、大数据分析和需要频繁更新的应用。

三、Nginx会话保持测试

环境

主机名 角色 应用
lb01 负载均衡 Nginx
Web01 Web网站 Nginx、PHP
Web02 Web网站 Nginx、PHP
db01 数据库+缓存数据库 MariaDB+Redis

注：实际生产环境中Redis和MariaDB放于不同机器中

部署配置

Web01、Web02配置
bash 复制代码 
# 安装Nginx、PHP
# 具体依赖于Web应用，此处省略
bash 复制代码 
# 部署Web应用代码；此处省略
db01配置
bash 复制代码 
# 安装MariaDB
yum install mariadb-server

四、Nginx实现四层负载均衡

Nginx 的四层负载均衡通过 stream 模块实现，主要用于 TCP 和 UDP 流量的负载均衡。下面是如何配置 Nginx 进行四层负载均衡的具体实例。

  1. TCP 负载均衡
    TCP 负载均衡通过 stream 模块设置，以下是一个基本配置示例：

nginx.conf 配置：

nginx

启用 stream 模块

stream {

upstream backend {

定义后端 TCP 服务器

server 192.168.1.101:3306;

server 192.168.1.102:3306;

}

server {
    listen 3306; # 监听的端口

    proxy_pass backend; # 转发到 upstream 后端

    # 可选的其他设置
    proxy_timeout 10s;
    proxy_connect_timeout 5s;
}

}

在这个示例中：

upstream backend 定义了两个后端 MySQL 服务器的地址。

server { listen 3306; } 指定 Nginx 在 3306 端口上监听 TCP 流量。

proxy_pass backend; 将流量转发到定义的 backend 后端服务器集群。

  1. UDP 负载均衡
    UDP 负载均衡也通过 stream 模块设置，以下是一个基本配置示例：

nginx.conf 配置：

nginx

启用 stream 模块

stream {

upstream backend {

定义后端 UDP 服务器

server 192.168.1.201:53;

server 192.168.1.202:53;

}

server {
    listen 53 udp; # 监听 UDP 端口

    proxy_pass backend; # 转发到 upstream 后端

    # 可选的其他设置
    proxy_timeout 10s;
    proxy_connect_timeout 5s;
}

}

在这个示例中：

upstream backend 定义了两个后端 DNS 服务器的地址。

server { listen 53 udp; } 指定 Nginx 在 53 端口上监听 UDP 流量。

proxy_pass backend; 将流量转发到定义的 backend 后端服务器集群。

关键参数说明

proxy_timeout：设置代理操作的超时时间。

proxy_connect_timeout：设置连接到后端服务器的超时时间。

这些配置可以帮助实现有效的四层负载均衡，以确保流量在后端服务器之间平衡分配。

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