【Nginx】实现负载均衡、限流、缓存、黑白名单和灰度发布，这是最全的一篇了！
写在前面
在《【高并发】面试官问我如何使用Nginx实现限流，我如此回答轻松拿到了Offer！》一文中，我们主要介绍了如何使用Nginx进行限流，以避免系统被大流量压垮。除此之外，Nginx还有很多强大的功能，例如：负载均衡、缓存、黑白名单、灰度发布等。今天，我们就来一起探讨Nginx支持的这些强大的功能！
Nginx安装
注意：这里以CentOS 6.8服务器为例，以root用户身份来安装Nginx。
1.安装依赖环境
yum -y install wget gcc-c++ ncurses ncurses-devel cmake make perl bison openssl openssl-devel gcc* libxml2 libxml2-devel curl-devel libjpeg* libpng* freetype* autoconf automake zlib* fiex* libxml* libmcrypt* libtool-ltdl-devel* libaio libaio-devel bzr libtool
2.安装openssl
wget https://www.openssl.org/source/openssl-1.0.2s.tar.gz
tar -zxvf openssl-1.0.2s.tar.gz
cd /usr/local/src/openssl-1.0.2s
./config --prefix=/usr/local/openssl-1.0.2s
make
make install
3.安装pcre
wget https://ftp.pcre.org/pub/pcre/pcre-8.43.tar.gz
tar -zxvf pcre-8.43.tar.gz
cd /usr/local/src/pcre-8.43
./configure --prefix=/usr/local/pcre-8.43
make
make install
4.安装zlib
wget https://sourceforge.net/projects/libpng/files/zlib/1.2.11/zlib-1.2.11.tar.gz
tar -zxvf zlib-1.2.11.tar.gz
cd /usr/local/src/zlib-1.2.11
./configure --prefix=/usr/local/zlib-1.2.11
make
make
5.安装Nginx
wget http://nginx.org/download/nginx-1.17.2.tar.gz
tar -zxvf nginx-1.17.2.tar.gz
cd /usr/local/src/nginx-1.17.2
./configure --prefix=/usr/local/nginx-1.17.2 --with-openssl=/usr/local/src/openssl-1.0.2s --with-pcre=/usr/local/src/pcre-8.43 --with-zlib=/usr/local/src/zlib-1.2.11 --with-http_ssl_module
make
make install
这里需要注意的是：安装Nginx时，指定的是openssl、pcre和zlib的源码解压目录，安装完成后Nginx配置文件的完整路径为：/usr/local/nginx-1.17.2/conf/nginx.conf。
Nginx负载均衡配置
1.负载均衡配置
http {
……
upstream real_server {
server 192.168.103.100:2001 weight=1; #轮询服务器和访问权重
server 192.168.103.100:2002 weight=2;
}
server {
listen 80;
location / {
proxy_pass http://real_server;
}
}
}
2.失败重试配置
upstream real_server {
server 192.168.103.100:2001 weight=1 max_fails=2 fail_timeout=60s;
server 192.168.103.100:2002 weight=2 max_fails=2 fail_timeout=60s;
}
意思是在fail_timeout时间内失败了max_fails次请求后，则认为该上游服务器不可用，然后将该服务地址踢除掉。fail_timeout时间后会再次将该服务器加入存活列表，进行重试。
三、Nginx限流配置
1.配置参数
limit_req_zone指令设置参数
limit_req_zone $binary_remote_addr zone=mylimit:10m rate=10r/s;
- limit_req_zone定义在http块中，$binary_remote_addr表示保存客户端IP地址的二进制形式。
- Zone定义IP状态及URL访问频率的共享内存区域。zone=keyword标识区域的名字，以及冒号后面跟区域大小。16000个IP地址的状态信息约1MB，所以示例中区域可以存储160000个IP地址。
- Rate定义最大请求速率。示例中速率不能超过每秒10个请求。
2.设置限流
location / {
limit_req zone=mylimit burst=20 nodelay;
proxy_pass http://real_server;
}
burst排队大小，nodelay不限制单个请求间的时间。
3.不限流白名单
geo $limit {
default 1;
192.168.2.0/24 0;
}
map $limit $limit_key {
1 $binary_remote_addr;
0 "";
}
limit_req_zone $limit_key zone=mylimit:10m rate=1r/s;
location / {
limit_req zone=mylimit burst=1 nodelay;
proxy_pass http://real_server;
}
上述配置中，192.168.2.0/24网段的IP访问是不限流的，其他限流。
IP后面的数字含义：
- 24表示子网掩码:255.255.255.0
- 16表示子网掩码:255.255.0.0
- 8表示子网掩码:255.0.0.0
Nginx缓存配置
1.浏览器缓存
静态资源缓存用expire
location ~* .(jpg|jpeg|png|gif|ico|css|js)$ {
expires 2d;
}
Response Header中添加了Expires和Cache-Control,
静态资源包括（一般缓存）
- 普通不变的图像，如logo，图标等
- js、css静态文件
- 可下载的内容，媒体文件
协商缓存（add_header ETag/Last-Modified value）
- HTML文件
- 经常替换的图片
- 经常修改的js、css文件
- 基本不变的API接口
不需要缓存
- 用户隐私等敏感数据
- 经常改变的api数据接口
2.代理层缓存
//缓存路径，inactive表示缓存的时间，到期之后将会把缓存清理
proxy_cache_path /data/cache/nginx/ levels=1:2 keys_zone=cache:512m inactive = 1d max_size=8g;
location / {
location ~ \.(htm|html)?$ {
proxy_cache cache;
proxy_cache_key $uri$is_args$args; //以此变量值做HASH，作为KEY
//HTTP响应首部可以看到X-Cache字段，内容可以有HIT,MISS,EXPIRES等等
add_header X-Cache $upstream_cache_status;
proxy_cache_valid 200 10m;
proxy_cache_valid any 1m;
proxy_pass http://real_server;
proxy_redirect off;
}
location ~ .*\.(gif|jpg|jpeg|bmp|png|ico|txt|js|css)$ {
root /data/webapps/edc;
expires 3d;
add_header Static Nginx-Proxy;
}
}
在本地磁盘创建一个文件目录，根据设置，将请求的资源以K-V形式缓存在此目录当中，KEY需要自己定义（这里用的是url的hash值），同时可以根据需要指定某内容的缓存时长，比如状态码为200缓存10分钟，状态码为301，302的缓存5分钟，其他所有内容缓存1分钟等等。
可以通过purger的功能清理缓存。
AB测试/个性化需求时应禁用掉浏览器缓存。
Nginx黑名单
1.一般配置
location / {
deny 192.168.1.1;
deny 192.168.1.0/24;
allow 10.1.1.0/16;
allow 2001:0db8::/32;
deny all;
}
2. Lua+Redis动态黑名单(OpenResty)
安装运行
yum install yum-utils
yum-config-manager --add-repo https://openresty.org/package/centos/openresty.repo
yum install openresty
yum install openresty-resty
查看
yum --disablerepo="*" --enablerepo="openresty" list available
运行
service openresty start
配置(/usr/local/openresty/nginx/conf/nginx.conf)
lua_shared_dict ip_blacklist 1m;
server {
listen 80;
location / {
access_by_lua_file lua/ip_blacklist.lua;
proxy_pass http://real_server;
}
}
lua脚本（ip_blacklist.lua）
local redis_host = "192.168.1.132"
local redis_port = 6379
local redis_pwd = 123456
local redis_db = 2
-- connection timeout for redis in ms.
local redis_connection_timeout = 100
-- a set key for blacklist entries
local redis_key = "ip_blacklist"
-- cache lookups for this many seconds
local cache_ttl = 60
-- end configuration
local ip = ngx.var.remote_addr
local ip_blacklist = ngx.shared.ip_blacklist
local last_update_time = ip_blacklist:get("last_update_time");
-- update ip_blacklist from Redis every cache_ttl seconds:
if last_update_time == nil or last_update_time < ( ngx.now() - cache_ttl ) then
local redis = require "resty.redis";
local red = redis:new();
red:set_timeout(redis_connect_timeout);
local ok, err = red:connect(redis_host, redis_port);
if not ok then
ngx.log(ngx.ERR, "Redis connection error while connect: " .. err);
else
local ok, err = red:auth(redis_pwd)
if not ok then
ngx.log(ngx.ERR, "Redis password error while auth: " .. err);
else
local new_ip_blacklist, err = red:smembers(redis_key);
if err then
ngx.log(ngx.ERR, "Redis read error while retrieving ip_blacklist: " .. err);
else
ngx.log(ngx.ERR, "Get data success:" .. new_ip_blacklist)
-- replace the locally stored ip_blacklist with the updated values:
ip_blacklist:flush_all();
for index, banned_ip in ipairs(new_ip_blacklist) do
ip_blacklist:set(banned_ip, true);
end
-- update time
ip_blacklist:set("last_update_time", ngx.now());
end
end
end
end
if ip_blacklist:get(ip) then
ngx.log(ngx.ERR, "Banned IP detected and refused access: " .. ip);
return ngx.exit(ngx.HTTP_FORBIDDEN);
end
Nginx灰度发布
1.根据Cookie实现灰度发布
根据Cookie查询version值，如果该version值为v1转发到host1，为v2转发到host2，都不匹配的情况下转发到默认配置。
upstream host1 {
server 192.168.2.46:2001 weight=1; #轮询服务器和访问权重
server 192.168.2.46:2002 weight=2;
}
upstream host2 {
server 192.168.1.155:1111 max_fails=1 fail_timeout=60;
}
upstream default {
server 192.168.1.153:1111 max_fails=1 fail_timeout=60;
}
map $COOKIE_version $group {
~*v1$ host1;
~*v2$ host2;
default default;
}
lua_shared_dict ip_blacklist 1m;
server {
listen 80;
#set $group "default";
#if ($http_cookie ~* "version=v1"){
# set $group host1;
#}
#if ($http_cookie ~* "version=v2"){
# set $group host2;
#}
location / {
access_by_lua_file lua/ip_blacklist.lua;
proxy_pass http://$group;
}
}
2.根据来路IP实现灰度发布
server {
……………
set $group default;
if ($remote_addr ~ "192.168.119.1") {
set $group host1;
}
if ($remote_addr ~ "192.168.119.2") {
set $group host2;
}
3.更细粒度灰度发布
参考：https://github.com/sunshinelyz/ABTestingGateway
好了，咱们今天就聊到这儿吧！别忘了给个在看和转发，让更多的人看到，一起学习一起进步！！
写在最后
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