Nginx反向代理及负载均衡

m0_745364242025-03-26 9:42

Nginx反向代理及负载均衡

  • 实验环境

    • 四台虚拟机

      IP 说明
      172.25.254.101 nginx负载均衡器
      172.25.254.102 客户端
      172.25.254.103 web服务器1
      172.25.254.104 web服务器2

一、nginx反向代理

1.1 nginx反向代理原理

​ 反向代理服务器架设在服务器端，通过缓冲经常被请求的页面来缓解服务器的工作量，将客户机请求转发给内部网络上的目标服务器；并将从服务器上得到的结果返回给Internet上请求连接的客户端，此时代理服务器与目标主机一起对外表现为一个服务器。

Nginx 反向代理的原理是将客户端的请求转发到后端真实服务器，并将后端服务器的响应返回给客户端，同时对客户端隐藏后端服务器的真实信息。以下是其详细原理：

  • 客户端发起请求：客户端向 Nginx 反向代理服务器发送请求，请求中包含目标 URL 等信息。
  • Nginx 接收请求：Nginx 监听在特定的端口上，接收客户端的请求。它会根据配置文件中的规则来判断如何处理该请求。
  • 请求匹配与转发：Nginx 根据配置的虚拟主机、域名、URL 路径等规则，将请求匹配到对应的后端服务器组。然后，Nginx 会选择一台后端服务器，并将请求转发给它。
  • 后端服务器处理请求：后端服务器接收到 Nginx 转发的请求后，进行相应的处理，如查询数据库、执行应用程序逻辑等，生成响应数据。
  • Nginx 接收后端服务器响应：后端服务器将响应数据发送给 Nginx。
  • Nginx 将响应返回给客户端：Nginx 接收后端服务器的响应后，根据配置进行一些额外的处理，如添加响应头、缓存响应等，然后将响应数据返回给客户端。

通过以上过程，Nginx 作为反向代理服务器，充当了客户端和后端服务器之间的中间桥梁，实现了对后端服务器的负载均衡、缓存加速、安全防护等功能，同时提高了系统的性能和可扩展性。

1.2 nginx反向代理配置

  • 安装nginx

    复制代码 
    ## 在nginx负载均衡器和服务器三台机器上分别安装nginx
[root@Rocky ~]# dnf install nginx -y

  • 配置用于测试的Web服务(以下操作在两台web服务器）

    复制代码 
    ## 创建日志文件目录
[root@Rocky ~]# mkdir -p /usr/share/nginx/html/{www,bbs}/logs
[root@Rocky ~]# cd /etc/nginx/conf.d/
[root@Rocky conf.d]# vim vhost.conf
[root@Rocky conf.d]# cat vhost.conf
server {
		listen 80;
		server_name bbs.yunjisuan.com;
		location / {
				root /usr/share/nginx/html/bbs;
				index index.html index.htm;
		}
		access_log /usr/share/nginx/html/bbs/logs/access_bbs.log main;
}
server {
		listen 80;
		server_name www.yunjisuan.com;
		location / {
				root /usr/share/nginx/html/www;
				index index.html index.htm;
		}
		access_log /usr/share/nginx/html/www/logs/access_www.log main;
}
## 检查是否有语法错误
[root@Rocky conf.d]# nginx -t
[root@Rocky conf.d]# echo "`hostname -I ` . www" > /usr/share/nginx/html/www/index.html
[root@Rocky conf.d]# echo "`hostname -I ` . bbs" > /usr/share/nginx/html/bbs/index.html

## 启动服务测试
[root@Rocky conf.d]# systemctl start nginx
[root@Rocky ~]# curl -H host:bbs.yunjisuan.com 172.25.254.103
172.25.254.103 . bbs
[root@Rocky ~]# curl -H host:bbs.yunjisuan.com 172.25.254.104
172.25.254.104 . bbs
[root@Rocky ~]# curl -H host:www.yunjisuan.com 172.25.254.104
172.25.254.104 . www
[root@Rocky ~]# curl -H host:www.yunjisuan.com 172.25.254.103
172.25.254.103 . www

二、nginx负载均衡

Nginx 通过反向代理实现负载均衡，客户端的请求先到达 Nginx，Nginx 依据配置规则，把请求转发给不同的后端服务器，并将处理结果返回给客户端。其采用多进程 + 异步非阻塞 I/O 事件模型，能高效处理大量并发请求。

2.1 nginx模块

​ Nginx的负载均衡功能依赖于ngx_http_upsteam_module模块，所支持的代理方式包括proxy_pass,fastcgi_pass,memcached_pass等,新版Nginx软件支持的方式有所增加。本文主要讲解proxy_pass代理方式。ngx_http_upstream_module模块允许Nginx定义一组或多组节点服务器组，使用时可以通过proxy_pass代理方式把网站的请求发送到事先定义好的对应Upstream组的名字上，具体写法为"proxy_pass http:// www_server_pools",其中www_server_pools就是一个Upstream节点服务器组名字。ngx_http_upstream_module模块官方地址为：http://nginx.org/en/docs/http/ngx_http_upstream_module.html。

  • 示例1：基本的upstream配置案例

    复制代码 
    upstream www_server_pools {
#upstream是关键字必须有，后面的www_server_pools为一个Upstream集群组的名字，可以自己起名，调用时就用这个名字
	server 172.25.254.223:80 weight=5;
	server 172.25.254.224:80 weight=10;
	server 172.25.254.225:80 weight=15;
#server关键字是固定的，后面可以接域名（门户会用）或IP。如果不指定端口，默认是80端口。weight代表权重，数值越大被分配的请求越多，结尾有分号。
}

  • 示例2：较完整的upstream配置案例

    复制代码 
    upstream www_server_pools {
	server 172.25.254.223; #这行标签和下行是等价的
	server 172.25.254.224:80 weight=1 max_fails=1 fail_timeout=10s; #这行标签和上一行是等价的，此行多余的部分就是默认配置，不写也可以。
	server 172.25.254.225:80 weight=1 max_fails=2 fail_timeout=20s backup;
# server最后面可以加很多参数，具体参数作用看下文的表格
}

  • 示例3：使用域名及socket的upstream配置案例

    复制代码 
    upstream backend {
	server backend1.example.com weight=5;
	server backend2.example.com:8080; #域名加端口。转发到后端的指定端口上
	server unix:/tmp/backend3; #指定socket文件
	#提示：server后面如果接域名，需要内网有DNS服务器或者在负载均衡器的hosts文件做域名解析。
	server 172.25.254.223;
	server 172.25.254.224:8080;
	server backup1.example.com:8080 backup;
	#备份服务器，等上面指定的服务器都不可访问的时候会启动，backup的用法和Haproxy中用法一样
	server backup2.example.com:8080 backup;
}

  • upstream参数

    复制代码 
    server 10.0.10.8:80 	负载均衡后面的RS配置，可以是IP或域名，如果端口不写，默认是80端口。高并发场景下， IP可换成域名，通过 DNS做负载均衡。
weigth=1 	代表服务器的权重，默认值是1。权重数字越大表示接受的请求比例越大。
max_fails=3		Nginx尝试连接后端主机失败的次数，这个值是配合
proxy_next_upstream、fastcgi_next_upstream和memcached_next_upstream	这三个参数来使用的。当nginx接收后端服务器返回这三个参数定义的状态码时，会将这个请求转发给正常工作的后端服务器，例如404、502、503、 Max_fails的默认值是1 ;企业场景下建议2-3次。如京东1次，蓝汛10次，根据业务需求去配置
fail_timeout=10s	在max_fails定义的失败次数后，距离下次检查的间隔时间，默认是10s ;如果max_fails是5 ,它就检测5次，如果5次都是502,那么，它就会根据fail_timeout的值，等待10s再去检查，还是只检查一次，如果持续502,在不重新加载 Nginx配置的情况下，每隔10s都只检查一次。常规业务2~3秒比较合理，比如京东3秒，蓝汛3秒，可根据业务需求去配置。
backup	热备配置（RS节点的高可用），当前面激活的RS都失败后会自动启用热备RS这标志看这个服务器作为备份服务器，若主服务器全部宕机了，就会向它转发请求。注意：当负载调度算法为ip_hash时，后端服务器在负载均衡调度中的状态不能是weight和backup。
down 	这标志着服务器永远不可用，这个参数可配合ip_hash使用；类似与注释。

2.1 常用模块调度算法

  • 轮询（roundrobin）：按顺序依次将请求分发到后端服务器，从第一台开始，到最后一台后再回到第一台，循环进行，不考虑服务器性能差异和负载情况，均等分配请求。
  • 加权轮询（weight）：在轮询基础上，为各后端服务器设置权重，权重代表服务器处理请求的能力。权重越高，被分配到请求的概率越大，按权重比例分配请求，用于后端服务器性能不均衡场景。
  • IP 哈希（ip_hash）：对客户端 IP 地址进行哈希运算，通过哈希值与后端服务器列表映射，使同一客户端的请求始终发往同一台后端服务器，以维持客户端会话状态。
  • 最少连接数（least_conn）：将请求分配给当前连接数最少的后端服务器，实时监测服务器连接数，优先选择连接数少的服务器处理新请求，让负载更均衡，适合处理请求时间差异大的场景。
  • 基于响应时间的调度（fair）：借助第三方模块实现，依据后端服务器的响应时间分配请求。响应时间短的服务器，接收新请求的概率高，能让客户端更快得到响应，适用于对响应时间要求高的应用。

2.3http_proxy_module模块

特性 详情
功能 用于将客户端请求转发到后端HTTP服务器，实现反向代理和负载均衡
指令
proxy_pass 指定后端服务器地址，可以是IP地址加端口，也可以是一个定义好的upstream组名。例如proxy_pass http://backend_server; ，其中backend_server可以是具体地址如192.168.1.100:8080，也可以是在upstream块中定义的服务器组。
proxy_set_header 设置转发到后端服务器的请求头。如proxy_set_header Host $host; ，将客户端请求中的Host头原封不动转发给后端服务器，还可自定义头信息，像proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;用于记录客户端真实IP。
proxy_connect_timeout 设置与后端服务器建立连接的超时时间。默认60秒，例如proxy_connect_timeout 30s; ，表示尝试连接后端服务器超过30秒未成功则连接失败。
proxy_read_timeout 设置从后端服务器读取响应的超时时间。默认60秒，即如果在这个时间内没有从后端服务器读取到任何数据，连接将被关闭，如proxy_read_timeout 90s;
proxy_send_timeout 设置向后端服务器发送请求的超时时间。默认60秒，若在该时间内没有成功将请求数据发送到后端服务器，连接将被关闭，如proxy_send_timeout 45s;
proxy_buffer_size 设置用于读取后端服务器响应头的缓冲区大小。默认与proxy_buffers中的一个缓冲区大小相同，可根据实际情况调整，如proxy_buffer_size 128k;
proxy_buffers 设置用于读取后端服务器响应正文的缓冲区数量和大小。例如proxy_buffers 4 256k;表示设置4个大小为256KB的缓冲区。
proxy_busy_buffers_size 设置处于繁忙状态（正在被读取或写入）的缓冲区最大大小。默认值是proxy_buffers中两个缓冲区的大小，如proxy_busy_buffers_size 512k;
proxy_temp_path 设置临时文件存储路径，用于存储在处理大文件上传或响应时产生的临时数据。例如proxy_temp_path /var/tmp/nginx_proxy; 。
工作机制 客户端向Nginx发起请求，Nginx根据配置的proxy_pass指令将请求转发到后端服务器。在转发过程中，可通过proxy_set_header等指令修改请求头信息。Nginx等待后端服务器响应，根据设置的各种超时指令控制连接和数据传输的时间。响应数据返回后，Nginx根据缓冲区相关指令处理响应数据，再返回给客户端。
应用场景 广泛应用于Web服务器集群，实现反向代理和负载均衡，隐藏后端服务器真实IP，提升安全性；还可用于缓存加速，将频繁访问的内容缓存到Nginx，减少后端服务器压力。

  • 示例1：将匹配URI为name的请求抛给http://127.0.0.1/remote/.

    复制代码 
    location /name/ {
	proxy_pass http://127.0.0.1/remote/;
}

  • 示例2：将匹配URI为some/path的请求抛给http://127.0.0.1

    复制代码 
    location /some/path/ {
	proxy_pass http://127.0.0.1;
}

  • 示例3：将匹配URI为name的请求应用指定的rewrite规则，然后抛给http://127.0.0.1

    复制代码 
    location /name/ {
	rewrite /name/( [^/]+ ) /username=$1 break;
	proxy_pass http://127.0.0.1;
}

2.4 nginx负载均衡配置：

  • web服务器配置如上

  • 配置nginx负载均衡器

    复制代码 
    [root@Rocky ~]# /etc/nginx/conf.d
[root@Rocky conf.d]# vim vhost.conf
upstream www_server_pools {
        server 172.25.254.103;	#默认监听端口80
        server 172.25.254.104;
}
server {
        listen 80;
        server_name www.yunjisuan.com;
        location / {
                proxy_pass http://www_server_pools;
                proxy_set_header Host $host;
                proxy_set_header X-Forwarded-For $remote_addr;
        }
}
server {
        listen 80;
        server_name bbs.yunjisuan.com;
        location / {
                proxy_pass http://www_server_pools;
                proxy_set_header Host $host;
                proxy_set_header X-Forwarded-For $remote_addr;
        }
}
[root@Rocky conf.d]# nginx -t
[root@Rocky conf.d]# nginx -s reload

  • 在客户端测试

    复制代码 
    ## 配置host解析
[root@Rocky ~]# vim /etc/hosts
172.25.254.101 bbs.yunjisuan.com www.yunjisuan.com
[root@Rocky ~]# for ((i=1;i<=4;i++)); do curl http://bbs.yunjisuan.com; done
172.25.254.103 . bbs
172.25.254.104 . bbs
172.25.254.103 . bbs
172.25.254.104 . bbs
[root@Rocky ~]# for ((i=1;i<=4;i++)); do curl http://www.yunjisuan.com; done
172.25.254.103 . www
172.25.254.104 . www
172.25.254.103 . www
172.25.254.104 . www
## 从上面的测试结果可以看出来。两个Web节点按照1：1的比例被访问。
## 下面宕掉任意一个Web节点，看看测试结果如何，测试如下
## 在172.25.254.103主机上停止nginx服务
[root@Rocky conf.d]# systemctl stop nginx
## 继续测试
[root@Rocky ~]# for ((i=1;i<=4;i++)); do curl http://www.yunjisuan.com; done
172.25.254.104 . www
172.25.254.104 . www
172.25.254.104 . www
172.25.254.104 . www
[root@Rocky ~]# for ((i=1;i<=4;i++)); do curl http://bbs.yunjisuan.com; done
172.25.254.104 . bbs
172.25.254.104 . bbs
172.25.254.104 . bbs
172.25.254.104 . bbs

  • 由于添加proxy_set_header X-Forwarded-For $remote_addr，我们可以在web服务器的日志上查看真实访问ip

    复制代码 
    [root@Rocky ~]# tail -3 /usr/share/nginx/html/www/logs/access_www.log
172.25.254.101 - - [17/Mar/2025:17:34:08 +0800] "GET / HTTP/1.0" 200 21 "-" "curl/7.61.1" "172.25.254.102"
172.25.254.101 - - [17/Mar/2025:17:34:08 +0800] "GET / HTTP/1.0" 200 21 "-" "curl/7.61.1" "172.25.254.102"
172.25.254.101 - - [17/Mar/2025:17:34:08 +0800] "GET / HTTP/1.0" 200 21 "-" "curl/7.61.1" "172.25.254.102"
[root@Rocky ~]# tail -3 /usr/share/nginx/html/bbs/logs/access_bbs.log
172.25.254.101 - - [17/Mar/2025:17:34:15 +0800] "GET / HTTP/1.0" 200 21 "-" "curl/7.61.1" "172.25.254.102"
172.25.254.101 - - [17/Mar/2025:17:34:15 +0800] "GET / HTTP/1.0" 200 21 "-" "curl/7.61.1" "172.25.254.102"
172.25.254.101 - - [17/Mar/2025:17:34:15 +0800] "GET / HTTP/1.0" 200 21 "-" "curl/7.61.1" "172.25.254.102"
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