代理与反向代理、负载均衡和缓存

如何实现服务器之间的协同功能呢？

通过Nginx提供的反向代理和负载均衡功能，可以合理的完成业务的分配，提高网站的处理能力；同时利用缓存功能，还可以将不需要实时更新的动态页面输出结果，转化为静态网页形成缓存，从而提高网站的响应速度。

代理和反向代理

代理（正向代理，目标服务器不知道谁在访问）

位于客户端和目标服务器之间，起到一个中转的作用。其实就是客户端想访问目标服务器，但是因为某些原因不能够直接访问，则把请求和目标服务器发给代理服务器，代理服务器再去请求目标服务器，把返回的响应结果返回给客户端。

反向代理（用户实际并不知道最终服务器，只是访问一个反向代理服务器而已）

客户端会把反向代理服务器当成目标服务器，向反向代理服务器发送请求后，反向代理服务器再请求内部的后端服务器，把得到的响应结果返回给客户端。

特性：

• 安全性。反向代理具有安全性。能隐藏真实的内部服务器。
• 功能性。正向代理主要用途是为防火墙内的局域网用户提供访问外网的途径。反向代理主要用途是将防火墙内的服务器提供给外边的用户访问，同时也可以为多个后端服务器提供负载均衡功能、缓存功能等。

反向代理服务配置

在Nginx配置文件中的location块中，这是 proxy_pass ` 指令。

server{
listen 80;
  server_name test.test;
  #将本机接收到的test.test的请求全部转发到另外一台服务器192.168.78.128
  location /{
    proxy_pass http://192.168.78.128; 
    #下面是其他辅助指令
    proxy_set_header Host $host; #更改来自客户端的请求头信息
    proxy_set_header X-Real_IP $remote_addr;    #用户真实访问ip
    proxy_connect_timeout 2; #配置nginx与后端服务器建立连接的超时时间
    proxy_read_timeout 2; #配置nginx向后端发出read请求的等待响应超时时间
    proxy_send_timeout 2; #配置nginx向后端服务器发出write请求的等待响应超时时间
    proxy_redirect http://www.baidu.com; #用于修改后端服务器返回的响应头中的Location和Refresh
  }
}

负载均衡

负载均衡（load balance）：就是将负载分摊到多个操作单元上执行，从而提高服务的可用性和响应速度。

1. 一个没有负载均衡的web架构如下图：

用户直接连接服务器，这个时候如果这台服务器挂了，那么就整个网站挂了。

1. 有负载均衡的web架构

用户不直接访问后端服务器，而是访问负载均衡服务器，由负载均衡服务器再次转发到后端服务器。如果这个时候有一台后端服务器挂掉了，那么负载均衡服务器会剔除掉它，将后续请求都转发到好的那台，这样就不影响网站的正常运行。这个时候我们也需要考虑负载均衡服务器会不会挂掉，那就引入第二个负载均衡服务器来缓解一下。

负载均衡的配置

通过配置负载均衡服务器的Nginx中的upstream指令可以实现。

不同负载均衡配置的特点如下图所示：

一般轮询配置

server{
    listen 80;
  server_name test.test;
  location / {
    proxy_pass http://web_server; #反向代理
  }
}
#配置负载均衡服务器组
upstream web_server {
    server 192.168.78.128;
  server 192.168.78.129;
}

加权轮询配置

#配置负载均衡服务器组
upstream web_server {
    server 192.168.78.128 weight=1;
  server 192.168.78.129 weight=3;
}

这里面的权值总和为一个循环，这里以4次为一个循环，那么就是每四次请求中，三次会被分派到129这个服务器，一次分配到128，但是具体三次并不会顺序执行，而是按照算法分散执行。
我们也可以设置每台web服务器在负载均衡调度中的状态。

upstream web_server{
    server 192.168.78.128 weight=1 max_fails=1 fail_timeout=2; #允许请求失败次数，在请求max_fail次数失败后，暂停服务的时间
  server 192.168.78.200 backup; #预留的备份服务器
  server 192.168.78.33 down; #当前服务器不参与负载均衡
}

ip_hash 配置

upstream web_server{
    ip_hash;
  server 192.168.78.120;
  server 192.168.78.123;
  server 192.168.78.33 down; #如果这台服务器宕机，则用down表示当前服务器暂不参与负载均衡
}

使用ip_hash的时候，不能使用weight和backup。

第三方模块（fair）

1. 备份已安装的Nginx

由于使用第三方模块，需要重新编译Nginx，所以需要关闭已经开启的Nginx进程，对已经安装好的Nginx进行备份，便于恢复。

cp -r /usr/local/nginx /usr/local/nginx_old

1. 重新编译安装Nginx

先从github获取fair模块，下载到zip到root目录下，解压。

unzip nginx-upstream-fair-master.zip #解压
mv nginx-upstream-fair-master nginx-upstream-fair #重命名

如果没有 unzip 命令，则需要用 yum install unzip 安装。

cd  nginx-1.10.1
#配置
./configure \
--prefix=/usr/local/nginx \
--with-http_ssl_module \
--add-module=/root/nginx-upstream-fair
#编译安装
make && make install

1. 配置fair的负载均衡

打开新安装的Nginx配置文件，在 http 块下实现fair的负载均衡。

server{
    listen 80;
  server_name test.test;
  location / {
    proxy_pass http://web_server
  }
}

upstream web_server{
    server 192.168.78.128;
  server 192.168.78.132;
  fair;     #使用fair
}

缓存配置

对于一些含有大量内容的网站来说，随着访问量的增多，对于经常被访问的内容，如果每一次都从服务器中获取，则给服务器很大的压力。所以我们可以利用反向代理服务器对访问频率较多的内容进行缓存，有利于节省后端服务器的资源。

原理

web缓存服务器位于内容源web服务器和客户端之间，当客户端访问一个url时，缓存服务器请求内容源服务器，并将响应结果缓存到内存或硬盘，当下一次请求同一个url时，缓存服务器直接将已缓存的内容输出给客户端，这样就减少了再次向内容源服务器请求的次数。

永久缓存配置（proxy_store）

Nginx提供了 proxy_store 指令用于缓存内容服务器响应到本地，若不手动删除，则一直存在。

server{
    listen 80;
  server_name test.test;
  location / {
    root cache; #制定个缓存文件的保存目录
    proxy_store on; #开启本地缓存
    proxy_store_access user:rw group:rw all:r; #设置缓存的读写规则
    proxy_temp_path cache_tmp; #设置反向代理时接收的数据临时存储文件的目录，该目录会自动创建

    #利用正则匹配缓存文件、目录或符号链接是否存在，如果不存在再执行块语句
    if(!-e $request_filename){
        proxy_pass http://192.168.78.128; 
    }
  }
}

临时缓存（proxy_cache）

Nginx服务器提供了 proxy_cache 指令设置临时缓存。采用md5算法将请求链接进行hash后，根据具体配置生成缓存文件目录，保存响应数据。

在缓存服务器上配置 nginx.conf 中的 **http** 块。   

#代理临时目录
proxy_temp_path /usr/local/nginx/proxy_temp_dir; #设置缓存服务器接收内容服务器响应内容使用的临时目录
#web缓存目录和参数设置
proxy_cache_path /usr/local/nginx/proxy_cache_dir levels=1:2 keys_zone=cache_one:50minactive=1m max_size=500m; #自定义保存目录，

 
配置 server 块：

server {
    listen 80;
  server_name test.test;
  #增加两个响应头，用于获取访问的服务器地址与缓存是否成功
  add_header X-Via $server_addr;
  add_header X-Cache $upstream_cache_status;
  location /{
    proxy_cache cache_one; #设置缓存区域名称
    proxy_cache_key $host$uri$is_args$args; #以域名、uri、参数组合成web缓存的key，nginx根据key值哈希
    proxy_cache_valid 200 10m;  #对200状态码设置缓存时间
    proxy_cache_valid 304 1m;
    proxy_cache_valid any 1m;   #其他未设置的缓存1分钟
    proxy_pass http://192.168.78.128;
  }
}

缓存清理配置

因为Nginx不支持清理制定url的缓存，需要借助第三方模块来实现。例如ngx_cache_purge

1. 备份已安装的Nginx

在添加 ngx_cache_purge 模块之前，关闭Nginx服务，备份已有的Nginx服务。

cp -r /usr/local/nginx /usr/local/nginx_old2

1. 重新编译安装Nginx

在github获取 ngx_cache_purge zip包，并解压安装。

unzip ngx_cache_purge-master.zip
mv ngx_cache_purge-master /usr/local/ngx_cache_purge

#进入ngxin文件的解压目录配置一下
cd nginx-1.10.1
./configure \
--prefix=/usr/local/nginx \
--with-http_ssl_module \
--add-module=/usr/local/ngx_cache_purge

#编译和安装
make && make install

1. 配置缓存清理功能

   使用 proxy_cache_purge 指令实现缓存清理。

注意：

• 指定的缓存区名称和proxy_cache_purge指令中出现的缓存区名称一致。
• key值设置规则要一致。
• 清理缓存的location的编写位置在所有location之前，防止其他正则location提前匹配。

location ~/purge(/.*){
    allow 192.168.78.1;
  deny all;
  proxy_cache_purge cache_one $host$uri$is_args$args;
}

如果有什么错误的地方，希望大家能指出，一起学习进步。

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