Linux代理与负载均衡

2021-12-20 12:42:44

一、代理

1.1 什么是代理

代理一词往往并不陌生, 该服务我们常常用到如(代理理财、代理租房、代理收货等等)，如下图所示：

1.2 没有代理

在没有代理模式的情况下，客户端和Nginx服务端，都是客户端直接请求服务端，服务端直接响应客户端。

1.3 有代理

那么在互联网请求里面，为了安全客户端往往无法直接向服务端发起请求，就需要用到代理服务，来实现客户端和服务端通信，如下图所示

1.4 Nginx代理服务常见模式

Nginx作为代理服务,按照应用场景模式进行总结，代理分为：

正向代理
反向代理

正向代理

正向代理，(内部上网) 客户端 <—> 代理 -> 服务端
反向代理

反向代理，用于公司集群架构中，客户端 -> 代理 <—> 服务端
正向代理与反向代理的区别
1. 区别在于形式上服务的”对象”不一样
2. 正向代理代理的对象是客户端，为客户端服务
3. 反向代理代理的对象是服务端，为服务端服务

二、Nginx代理服务支持协议

2.1 支持的协议

2.2 反向代理使用协议

2.3 模块总结

反向代理模式与Nginx代理模块总结如表格所示：

反向代理模式	Nginx配置模块
http、websocket、https、tomcat（java程序）	ngx_http_proxy_module
fastcgi（php程）	ngx_http_fastcgi_module
uwsgi（python）	ngx_http_uwsgi_module
grpc（go程序）golang	ngx_http_v2_module

三、Nginx代理实践

3.1 环境准备

主机	IP	身份
lb01	172.16.1.5	代理
web01	172.16.1.7	web服务端

3.2 部署web01

[root@web01 conf.d]# cat game5.conf 
server {
    listen 80;
    server_name 192.168.15.7;
    location / {
        root /opt/Super_Marie;
		  index index.html;
    }
    location ~ /images {
        root /opt/image;
    }
}

3.3 部署lb01

部署Nginx

# 下载Nginx源代码包
[root@lb01 ~]# wget https://nginx.org/download/nginx-1.20.2.tar.gz

# 解压
[root@lb01 ~]# tar -xf nginx-1.20.2.tar.gz

# 进入源代码目录
[root@lb01 ~]# cd nginx-1.20.2

# 安装依赖包
[root@lb01 nginx-1.20.2]# yum install openssl openssl-devel zlib zlib-devel -y

# 设置编译参数
[root@lb01 nginx-1.20.2]# ./configure  --with-http_gzip_static_module    --with-stream     --with-http_ssl_module

# 编译
[root@lb01 nginx-1.20.2]# make 

# 安装
[root@lb01 nginx-1.20.2]# make install 

# 优化
[root@lb01 nginx]# mkdir /etc/nginx
[root@lb01 nginx]# mv /usr/local/nginx/conf/* /etc/nginx/
[root@lb01 nginx]# mkdir /etc/nginx/conf.d
[root@lb01 nginx]# groupadd www -g 666
[root@lb01 nginx]# useradd www -u 666 -g 666 -M -r -s /sbin/nologin

[root@lb01 nginx]# vim /usr/lib/systemd/system/nginx.service
[Unit]
Description=nginx - high performance web server
Documentation=http://nginx.org/en/docs/
After=network-online.target remote-fs.target nss-lookup.target
Wants=network-online.target

[Service]
Type=forking
PIDFile=/var/run/nginx.pid
ExecStart=/usr/sbin/nginx -c /etc/nginx/nginx.conf
ExecReload=/bin/sh -c "/bin/kill -s HUP $(/bin/cat /var/run/nginx.pid)"
ExecStop=/bin/sh -c "/bin/kill -s TERM $(/bin/cat /var/run/nginx.pid)"

[Install]
WantedBy=multi-user.target

[root@lb01 sbin]# ln -s /etc/nginx/nginx.conf /usr/local/nginx/conf/nginx.conf
[root@lb01 sbin]# mv /usr/local/nginx/sbin/nginx /usr/sbin/
[root@lb01 sbin]# mkdir /var/log/nginx
[root@lb01 sbin]# systemctl start nginx

部署反向代理

[root@lb01 conf.d]# cat /etc/nginx/conf.d/game.conf 
server {
    listen 80;
    server_name _;
    location / {
        proxy_pass http://172.16.1.7:80;
    }
}

四、Nginx代理常用参数

4.1 添加发往后端服务器的请求头信息

Syntax:    proxy_set_header field value;
Default:    proxy_set_header Host $http_host;
            proxy_set_header Connection close;
Context:    http, server, location
 
# 用户请求的时候HOST的值是linux.proxy.com, 那么代理服务会像后端传递请求的还是linux.proxy.com
proxy_set_header Host $http_host;
# 将$remote_addr的值放进变量X-Real-IP中，$remote_addr的值为客户端的ip
proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
# 客户端通过代理服务访问后端服务, 后端服务通过该变量会记录真实客户端地址
proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;

4.2 代理到后端的TCP连接、响应、返回等超时时间

#nginx代理与后端服务器连接超时时间(代理连接超时)
Syntax: proxy_connect_timeout time;
Default: proxy_connect_timeout 60s;
Context: http, server, location
 
#nginx代理等待后端服务器的响应时间
Syntax:    proxy_read_timeout time;
Default:    proxy_read_timeout 60s;
Context:    http, server, location
 
#后端服务器数据回传给nginx代理超时时间
Syntax: proxy_send_timeout time;
Default: proxy_send_timeout 60s;
Context: http, server, location

4.3 proxy_buffer代理缓冲区

#nignx会把后端返回的内容先放到缓冲区当中，然后再返回给客户端，边收边传, 不是全部接收完再传给客户端
Syntax: proxy_buffering on | off;
Default: proxy_buffering on;
Context: http, server, location
 
#设置nginx代理保存用户头信息的缓冲区大小
Syntax: proxy_buffer_size size;
Default: proxy_buffer_size 4k|8k;
Context: http, server, location
 
#proxy_buffers 缓冲区
Syntax: proxy_buffers number size;
Default: proxy_buffers 8 4k|8k;
Context: http, server, location

4.4 配置代理优化文件

[root@lb01 ~]# vim /etc/nginx/proxy_params 
proxy_set_header Host $http_host;
proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
proxy_connect_timeout 10s;
proxy_read_timeout 10s;
proxy_send_timeout 10s;
proxy_buffering on;
proxy_buffer_size 8k;
proxy_buffers 8 8k;

4.5 代理调用优化文件

[root@lb01 ~]# vim /etc/nginx/conf.d/linux.proxy.com.conf 
server {
    listen 80;
    server_name linux.proxy.com;
 
    location / {
        proxy_pass http://10.0.0.7:80;
        include proxy_params;
    }
}

五、负载均衡

5.1 什么是负载均衡

即将请求平均地分配给后端服务器

5.2 为什么要使用负载均衡

当我们的Web服务器直接面向用户，往往要承载大量并发请求，单台服务器难以负荷，我使用多台Web服务器组成集群，前端使用Nginx负载均衡，将请求分散的打到我们的后端服务器集群中，实现负载的分发。那么会大大提升系统的吞吐率、请求性能、高容灾

往往我们接触的最多的是SLB(Server Load Balance)负载均衡，实现最多的也是SLB、那么SLB它的调度节点和服务节点通常是在一个地域里面。那么它在这个小的逻辑地域里面决定了他对部分服务的实时性、响应性是非常好的。

所以说当海量用户请求过来以后，它同样是请求调度节点，调度节点将用户的请求转发给后端对应的服务节点，服务节点处理完请求后在转发给调度节点，调度节点最后响应给用户节点。这样也能实现一个均衡的作用，那么Nginx则是一个典型的SLB

5.3 负载均衡的叫法

负载均衡
负载
LB
Load Balance

5.4 公有云中常见的负载均衡

SLB #阿里云产品
LB #青云产品
CLB #腾讯云产品
ULB #Ucloud产品

5.5 负载均衡软件

nginx
Haproxy
LVS

5.6 负载均衡类型

四层负载均衡
所谓四层负载均衡指的是OSI七层模型中的传输层，那么传输层Nginx已经能支持TCP/IP的控制，所以只需要对客户端的请求进行TCP/IP协议的包转发就可以实现负载均衡，那么它的好处是性能非常快、只需要底层进行应用处理，而不需要进行一些复杂的逻辑
七层负载均衡
七层负载均衡它是在应用层，那么它可以完成很多应用方面的协议请求，比如我们说的http应用的负载均衡，它可以实现http信息的改写、头信息的改写、安全应用规则控制、URL匹配规则控制、以及转发、rewrite等等的规则，所以在应用层的服务里面，我们可以做的内容就更多，那么Nginx则是一个典型的七层负载均衡SLB
四层和七层负载均衡的区别
四层负载均衡数据包在底层就进行了分发，而七层负载均衡数据包则是在最顶层进行分发、由此可以看出，七层负载均衡效率没有四负载均衡高。
但七层负载均衡更贴近于服务，如:http协议就是七层协议，我们可以用Nginx可以作会话保持，URL路径规则匹配、head头改写等等，这些是四层负载均衡无法实现的。
注意：四层负载均衡不识别域名，七层负载均衡识别域名

六、负载均衡的实现

6.1 实现

将后端服务打包成一个IP连接池。

1、反向代理
server {
   	listen 80;
   	server_name _;
   	location / {
        proxy_pass http://[连接池];
   	}
}

2、IP连接池
upstream [连接池名称] {
    server [ip]:[port];
    server [ip]:[port];
    server [ip]:[port];
}

[root@lb01 conf.d]# cat game.conf 
upstream supermarie {
    server 172.16.1.7:80;
    server 172.16.1.8:80;
    server 172.16.1.9:80;
}

server {
    listen 80;
    server_name _;
    location / {
        proxy_pass http://supermarie;
        include /etc/nginx/proxy_params;
    }
}

6.2 负载均衡的比例

轮询

# 默认情况下，Nginx负载均衡的轮询状态。
upstream supermarie {
    server 172.16.1.7:80;
    server 172.16.1.8:80;
    server 172.16.1.9:80;
}

权重

# Nginx中的权重0-100，数字越大，权重越高。
upstream supermarie {
    server 172.16.1.7:80 weight=9;
    server 172.16.1.8:80 weight=5;
    server 172.16.1.9:80 weight=1;
}

ip_hash

# 每一个IP固定访问某一个后端。
upstream supermarie {
    server 172.16.1.7:80;
    server 172.16.1.8:80;
    server 172.16.1.9:80;
    ip_hash;
}

6.3 负载均衡的后端状态

状态	概述
down	当前的server暂时不参与负载均衡
backup	预留的备份服务器
max_fails	允许请求失败的次数
fail_timeout	经过max_fails失败后, 服务暂停时间

down

# 暂时不分配流量
upstream supermarie {
    server 172.16.1.7:80 down;
    server 172.16.1.8:80;
    server 172.16.1.9:80;
}

server {
    listen 80;
    server_name _;
    location / {
        proxy_pass http://supermarie;
        include /etc/nginx/proxy_params;
    }
}

backup

# 只有当所有的机器全部宕机，才能启动。
upstream supermarie {
    server 172.16.1.7:80 backup;
    server 172.16.1.8:80;
    server 172.16.1.9:80;
}

server {
    listen 80;
    server_name _;
    location / {
        proxy_pass http://supermarie;
        include /etc/nginx/proxy_params;
    }
}

max_fails、fail_timeout

# max_fails

# proxy_next_upstream 后端错误标识

[root@lb01 ~]# cat /etc/nginx/conf.d/game.conf 
upstream supermarie {
    server 172.16.1.7:80 max_fails=3 fail_timeout=3s;
    server 172.16.1.8:80 max_fails=3 fail_timeout=3s;
    server 172.16.1.9:80 max_fails=3 fail_timeout=3s;
}

server {
    listen 80;
    server_name _;
    location / {
        proxy_pass http://supermarie;
        proxy_next_upstream error timeout invalid_header http_500 http_502 http_503 http_404; 
        include /etc/nginx/proxy_params;
    }
}




注意：proxy_next_upstream error timeout invalid_header http_500 http_503 http_404; 

error             # 与服务器建立连接，向其传递请求或读取响应头时发生错误;
timeout           # 在与服务器建立连接，向其传递请求或读取响应头时发生超时;
invalid_header    # 服务器返回空的或无效的响应;
http_500          # 服务器返回代码为500的响应;
http_502          # 服务器返回代码为502的响应;
http_503          # 服务器返回代码为503的响应;
http_504          # 服务器返回代码504的响应;
http_403          # 服务器返回代码为403的响应;
http_404          # 服务器返回代码为404的响应;
http_429          # 服务器返回代码为429的响应（1.11.13）;
non_idempotent    # 通常，请求与 非幂等 方法（POST，LOCK，PATCH）不传递到请求是否已被发送到上游服务器（1.9.13）的下一个服务器; 启用此选项显式允许重试此类请求;
off               # 禁用将请求传递给下一个服务器。

七、负载均衡部署BBS

7.1 部署后端服务(web02,web03)

部署python

1、创建用户
[root@web01 opt]# groupadd django -g 888
[root@web01 opt]# useradd django -u 888 -g 888 -r -M -s /bin/sh

2、安装依赖软件
[root@web01 opt]# yum install python3 libxml* python-devel gcc* pcre-devel openssl-devel python3-devel -y

部署Django和uwsgi

3、安装Django和uwsgi
[root@web01 opt]# pip3 install django==1.11
[root@web01 opt]# pip3 install uwsgi
[root@web01 opt]# pip3 install pymysql

4、创建项目
[root@web01 opt]# unzip bbs.zip 
[root@web03 bbs]# pwd
/opt/bbs
[root@web03 bbs]# vim bbs/settings.py 
ALLOWED_HOSTS = ['*']
DATABASES = {
    'default': {
        'ENGINE': 'django.db.backends.mysql',
        'NAME': 'bbs',
        'USER': 'root',
        'PASSWORD': '123456',
        'HOST': '172.16.1.61',
        'PORT': 3306,
        'CHARSET': 'utf8'
    }
}

# 启动测试
[root@web01 bbs]# python3 manage.py runserver 0.0.0.0:8000

配置并启动

5、编辑项目配置文件
[root@localhost ~]# cat /opt/bbs/myweb_uwsgi.ini
[uwsgi]
# 端口号
socket          = :8002
# 指定项目的目录
chdir           = /opt/bbs
# wsgi文件路径
wsgi-file       = bbs/wsgi.py
# 模块wsgi路径
module          = bbs.wsgi
# 是否开启master进程
master          = true
# 工作进程的最大数目
processes       = 4
# 结束后是否清理文件
vacuum          = true

6、启动uwsgi
[root@web01 linux]# uwsgi -d --ini myweb_uwsgi.ini --uid 888

-d 	  : 以守护进程方式运行
--ini : 指定配置文件路径
--uid : 指定uid

TCP 服务

7、编辑Nginx配置文件
[root@localhost ~]# cat /etc/nginx/conf.d/python.conf 
server {
    listen 80;
    server_name bbs.test.com;
    location / { 
        include uwsgi_params;
        uwsgi_pass 127.0.0.1:8002;
        uwsgi_read_timeout 2;
        uwsgi_param UWSGI_SCRIPT bbs.wsgi;
        uwsgi_param UWSGI_CHDIR /opt/bbs;
        index  index.html index.htm;
        client_max_body_size 35m;
    }
}

8、重启Nginx配置
systemctl restart nginx

7.2 部署负载均衡

[root@lb01 conf.d]# cat python.conf 
upstream bbs {
    server 172.16.1.7:80 max_fails=3 fail_timeout=3s;
    server 172.16.1.8:80 max_fails=3 fail_timeout=3s;
    server 172.16.1.9:80 max_fails=3 fail_timeout=3s;
}

server {
    listen 80;
    server_name bbs.test.com;
    location / {
        proxy_pass http://bbs;
        proxy_next_upstream error timeout invalid_header http_500 http_502 http_503 http_404; 
        include /etc/nginx/proxy_params;
    }
}


#访问测试
http://bbs.test.com/

码农公寓