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。

image.png

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:

image.png
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

image.png
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。

image.png

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:

配置方式 说明
轮询方式(默认) 每个请求按照时间顺序逐一分配到不同的后端服务器,如果有服务器宕机,会自动剔除。
权重方式(weight) 利用weight制定轮询的权重比率,与访问率成正比,用于后端服务器性能不均的情况,性能好的服务器weight高一点。
ip_hash 使每个访客固定访问一个后端服务器,这样可以解决session共享的问题。
第三方模块(fair、url_hash)nginx默认不包含第三方模块,使用时需要安装 第三方模块采用fair,按照每台服务器的响应时间来分配,响应时间短的优先分配。如果第三方模块采用的是url_hash,则安装url的hash值来分配。

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。

image.png

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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