NGINX 四层上游模块`ngx_stream_upstream_module` 实战指南

一、模块定位与引入

  • 模块名称ngx_stream_upstream_module

  • 首次引入:NGINX 1.9.0(2015-08-04)

  • 编译选项 :启用 --with-stream(含此模块)

  • 作用

    1. 定义后端服务器组(upstream 块)
    2. 配置各服务器参数(权重、失败判断、DNS 动态解析等)
    3. 通过多种算法分配客户端连接
    4. 支持商业版的动态可配置与健康检查

二、核心指令与参数

1. 定义上游组

nginx 复制代码
upstream <name> {
    [负载均衡算法指令]
    server <address> [参数];
    [更多 server ...]
    [zone <zone_name> <size>;]
    [state /path/to/state.file;]
}
  • upstream name { ... } :声明一个后端组,供 proxy_pass 引用。
  • zone name size(1.9.0 商业版可动态):在共享内存中保存配置与运行状态,用于多 worker 共享与热更新。
  • state file(1.9.7 商业版可用):外部持久化服务器列表与参数,Nginx 重载或升级可保留状态。

2. 定义后端服务器

nginx 复制代码
server <domain|IP:port>|unix:/path [参数];

常用参数:

参数 含义
weight=n 权重,默认 1,轮询时按比例分配
max_conns=n 最大并发连接数(1.11.5)
max_fails=n fail_timeout 时间内允许的失败次数,超过则标记为不可用
fail_timeout=time 标记失败及恢复时间,默认 10s
backup 备份服务器,只有主服务器都不可用时才会被调用
down 永久禁用该服务器
resolve 开启动态 DNS 解析,需配合 resolver
service=name 基于 DNS SRV 记录解析(1.9.13)
商业版 slow_start、健康检查 (health_check)、动态修改、API 控制

3. 负载均衡算法

upstream 块中,可任选一种或多种算法指令;若不指定,默认为加权轮询。

  • hash <key> [consistent] (1.11.2)

    基于 <key> 的哈希值分配,consistent 开启一致性哈希,减少因节点变动导致的重映射。

  • least_conn

    将连接分配给活动连接数最少的服务器,多个最少则按权重轮询。

  • least_time <connect|first_byte|last_byte> [inflight] (商业版)

    按平均响应时间(建立连接/首字节/全量)和活动连接数综合考量。

  • random [two [method]] (1.15.1)

    随机挑选服务器,two 参数从两台中再按 least_conn 等方法选出最佳。

4. DNS 解析支持

nginx 复制代码
resolver 10.0.0.1 [valid=30s] [ipv4=off|ipv6=off] [status_zone=zone];
resolver_timeout 5s;
  • resolve :配合 server ... resolve,自动在后台定期刷新域名 IP 列表。
  • service=name:支持 SRV 记录,自动按优先级与权重构建主/备服务器。
  • resolver_timeout(1.27.3):解析超时时间。

三、最小可运行示例

nginx 复制代码
stream {
    resolver 127.0.0.1 valid=10s;

    upstream backend {
        zone backend_zone 64k;
        hash $remote_addr consistent;

        server backend1.example.com:12345 weight=5 resolve;
        server backend2.example.com:12345 resolve;
        server unix:/tmp/backend3;

        server backup1.example.com:12345 backup;
    }

    server {
        listen 12346;

        # 轮询之外:也可在此加 health_check;
        proxy_pass backend;
    }
}
  • 说明

    1. 使用一致性哈希,让相同客户端 IP 总落到同一台后端;
    2. resolve 动态更新 DNS,结合 zone 共享配置;
    3. backup 只在所有主服务器均失效时才启用。

四、嵌入式变量

ngx_stream_upstream_module1.11.4 起提供监控与日志埋点变量:

变量 含义
$upstream_addr 实际连接的后端地址列表,多个用逗号分隔
$upstream_bytes_received 从后端接收的字节数,多个连接用逗号分隔
$upstream_bytes_sent 向后端发送的字节数
$upstream_connect_time 建立连接耗时(秒,毫秒精度)
$upstream_first_byte_time 等待首字节耗时
$upstream_session_time 整个会话持续时间

可在 access_logmapif 等指令中灵活引用,监控后端性能与故障。

五、实战优化与注意事项

  1. 共享 zone 大小zone name 64k 一般可容纳数百条服务器配置。
  2. DNS TTL 与 validresolver valid 覆盖 DNS TTL,推荐设置为 5--30 秒。
  3. 一致性哈希 :节点增删需配合 consistent,否则大规模重映射影响缓存或会话。
  4. 备份与故障切换backup 参数只在主节点全挂时生效;可配合 max_failsfail_timeout 精细调整。
  5. 商业版特性:如需在线健康检查、慢启动、API 动态修改,请评估 NGINX Plus 或商业订阅。

六、总结

ngx_stream_upstream_module 是构建高可用、高性能 TCP/UDP 代理的核心模块。通过灵活的服务器组定义、多样的负载均衡算法、动态 DNS 支持与丰富的监控变量,它能够满足从简单轮询到金融级一致性哈希、从静态配置到动态热更新的全方位需求。升级至 NGINX ≥1.9.0,结合商业版特性,更能在不间断部署与流量管控上发挥巨大价值。

立即部署:根据业务特点选择合适的负载均衡策略与参数,让您的四层流量稳定、高效、可观测!

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