Linux環境下Nginx及負載均衡

Nginx 簡介

Nginx 是一個高性能的 HTTP 和反向代理 Web 服務器，同時也提供了 IMAP/POP3/SMTP 服務。

前向代理作爲客戶端的代理，服務端只知道代理的 IP 地址而不知道客戶端的 IP 地址。

Nginx 安裝

推薦使用 LNMP 一鍵安裝包，Ubuntu/CentOS 等各平臺都有提供，省去自己配置的過程。

如果需要單獨安裝 Nginx，可以去找各平臺的安裝包名稱。以 Ubuntu Desktop 19.04 爲例，單獨安裝 Nginx 的命令如下：

sudo apt install nginx

Nginx 安裝後默認啓動，打開瀏覽器輸入 http://127.0.0.1 檢查是否安裝成功。

練習 1

使用 tail -f /path/to/nginx/log/access.log 實時監控文件變化，再分別本地訪問 127.0.01 和遠程訪問服務器 IP 地址，比較兩次訪問的日誌有什麼不同？

Tips: Ubuntu Server 版默認沒有桌面，通過 SSH 連接到服務器

打開新終端，通過 SSH 連接到服務器，再使用 curl 127.0.0.1 命令返回頁面源文件

打開客戶端瀏覽器，輸入服務器 IP 地址

比較上面兩步對應的操作日誌有什麼區別

剛纔在 Ubuntu 默認的火狐瀏覽器打開 127.0.0.1 時的訪問日誌如圖。

接下來換一臺電腦訪問 192.168.23.129。

首先可以看到，UA 是不一樣的，這是因爲我用了不同的瀏覽器，當然，訪問時間等也是不一樣的。

最關鍵的一點，第一次訪問的 IP 是 127.0.0.1，是環回地址，而後一次訪問的 IP 是 192.168.23.1，這個是我 Windows 10 的 IP 地址。

最後看一點實戰的內容——我的博客的訪問日誌：

從中可以看到類似的日誌記錄，不僅記錄了訪問者的 IP、UA，還記錄了訪問資源 URL 以及一些附加的信息。

同樣的，還有錯誤日誌，例如看一下 gitlab.error.log。

有了這些日誌，管理員就方便排查問題了。

Nginx 默認配置

配置文件：/etc/nginx/nginx.conf（如果是 LNMP 安裝的，則可能在 /usr/local/nginx/conf/nginx.conf）。

可以用 less 查看配置文件，配置文件默認的環境是全局環境，即一個 main{}，後面會定義用戶、工作進程等，以及 HTTP 服務、郵件服務。

下面主要講一下 HTTP 配置文件。

首先在 HTTP{} 會有一些全局的配置，包括訪問日誌、連接超時等信息，隨後會給出一個或多個 server 表示多個虛擬主機。

來看一下實戰的配置文件。

用戶和用戶組都是 www，配置了錯誤日誌的訪問路徑，工作模式是 epoll、IO 多路複用，單個進程的最大連接數是 51200。

配置了 fastcgi 相關信息。

Nginx 作爲 HTTP 服務器的配置

Nginx 默認的靜態資源文件夾爲 /var/www/html（不同的安裝包可能有不同的默認路徑，例如可能爲 /usr/local/nginx/www/html/default 或者其他目錄，也可以自己指定）。

在默認目錄下，新建一個叫做 jxtxzzw.html 的文件，隨便寫一點東西。

然後在 nginx.conf 的 HTTP 結點中新增一個虛擬服務器，並 sudo nginx -s reload 重新加載。

如圖，在 80 端口監聽，當用戶訪問的服務器是 jxtxzzwtest.com 的時候，就定位到 /var/www/html/ 下，並當用戶沒有指定訪問的路徑的時候，默認訪問 jxtxzzw.html。

爲了模擬域名解析的過程，修改 /etc/hosts 文件，增加 jxtxzzwtest.com 的 IP 爲 127.0.0.1。

修改之後打開瀏覽器訪問 jxtxzzwtest.com，可以看到剛纔的頁面。

如何不購買新的二級域名和服務器，利用該服務器和已有的域名再做一個個人主頁呢？

這就可以添加一個新的虛擬服務器。

重複上面的步驟，只是注意添加虛擬服務器的時候取一個新的 server_name，例如 new.jxtxzzwtest.com，至於 location 寫什麼，就看個人主頁放在了哪個文件夾下面了。這些都可以根據自己需要修改。

server {
    listen 80;
    server_name new.jxtxzzwtest.com;
    location / {
        index a_new_page.html;
        root /home/jxtxzzw/web/;
    }
}

隨後，在 hosts 模擬 DNS 解析，添加 127.0.0.1 new.jxtxzzwtest.com 之後就可以在瀏覽器訪問 new.jxtxzzwtest.com 來看到個人主頁了。

練習 2

在配置文件 nginx.conf 的 http 節點內新增一個虛擬服務器，新建 /var/www/EXAMPLE.com 文件夾，該文件夾下新建 index.html 文件寫入文字，重加載配置 sudo nginx -s reload （注：將本頁中的 EXAMPLE 替換成自己的名字拼音）

瀏覽器輸入 IP 地址，檢查是否生成 /var/log/nginx/EXAMPLE.access.log 文件，同時檢查 /var/log/nginx/access.log 文件是否有變化

修改自己客戶端電腦上的 hosts 文件，添加兩行解析到服務器 IP 地址

瀏覽器輸入 www.EXAMPLE.com，檢查是否生成 /var/log/nginx/EXAMPLE.access.log，同時監測 /var/log/nginx/access.log 和 /var/log/nginx/EXAMPLE.access.log 文件的變化

server {
	listen 80;
	server_name www.zzw.com;
	access_log /var/log/nginx/zzw.access.log;
	location / {
		index index.html;
		root /var/www/html/zzw.com/;
	}
}

輸入 IP 地址，不論是本機訪問 127.0.0.1 還是另一臺電腦訪問 192.168.23.129，發現都只訪問了 Nginx 默認的安裝成功頁面，沒有進入 zzw.com。

顯然的，只有 access.log 會有變化，記錄了本次訪問信息。

而在添加了 hosts 以後，訪問 www.zzw.com 就會看到剛纔輸入的信息。

需要注意的是，在配置文件中只定義了 www.zzw.com，沒有定義 zzw.com，所以，在訪問 zzw.com 的時候還是會跳轉到 Nginx 安裝成功的那個頁面。

解決這個辦法可以在 server_name 後面增加一個別名。

server_name www.zzw.com zzw.com;

看到 zzw.access.log 和 access.log 都有了新的記錄。

來看一些實戰的內容。

我的博客，監聽了 80 端口，同時處理 www.jxtxzzw.com 和 jxtxzzw.com 兩個服務器名字，並對 80 端口的請求全部轉發到 443 端口。

443 端口配置了一些關於 SSL 相關的信息，並且導入了 PHP 相關的配置。

同時，還有一個 gitlab.jxtxzzw.com 的虛擬主機，這個配置文件將在下面詳述。

負載均衡簡介

負載均衡轉發算法：

輪詢（Round Robin）：爲第一個請求選擇列表中的第一個服務器，然後按順序向下移動列表直到結尾，然後循環
最小連接（Least Connection）：優先選擇連接數最少的服務器，在普遍會話較長的情況下推薦使用
散列（Hash）：根據請求源的 IP 的散列來選擇要轉發的服務器，這種方式可以一定程度上保證特定用戶能鏈接到相同的服務器

負載均衡算法：

round：每個請求按時間順序逐一分配到不同的後端服務器，如果後端服務器宕機，能自動刪除
weight：指定輪詢機率，weight 和訪問比率成正比，用於後端服務器性能不均的情況
fiar（第三方）：按後端服務器的響應時間來分配請求，響應時間短的優先分配
ip_hash：每個請求按訪問 IP 的散列結果分配，每個訪客固定訪問一個後端服務器，可以解決 session 的問題
url_hash（第三方）：每個請求按 URL 的散列結果分配，不同訪客訪問相同的服務器

預備 Web 服務器環境：

配置兩臺 Apache(httpd) 作爲 Web 服務器，例如可以使用 XAMPP
XAMPP 的訪問日誌在 /opt/lampp/logs/access.log
一臺 Ubuntu Desktop 的虛擬機，192.168.23.129，作爲 Nginx 服務器
一臺 Ubuntu Desktop 的虛擬機，192.168.23.128，作爲第 1 臺 XAMPP 服務器
一臺 Ubuntu Server 的虛擬機，192.168.23.130，作爲第 2 臺 XAMPP 服務器
一臺 Windows 的物理機，192.168.23.1，用來訪問

在 nginx.conf 的 http 節點下添加以下代碼後重新加載配置

upstream first {
    server 192.168.23.128;
    server 192.168.23.130;
}

server {
    listen 80;
    server_name load.jxtxzzwtest.com;
    location / {
        proxy_pass http://first;
    }
}

修改電腦的 host 文件，添加一個域名解析

192.168.23.129 load.jxtxzzwtest.com

瀏覽器訪問 load.jxtxzzwtest.com，發現打開了 XAMPP 的一個界面，說明代理成功了。

但是到底訪問的是哪一個 XAMPP 呢？可以看一下日誌。

在此之前，刷新幾次，看看日誌會不會訪問了不同的頁面。

日誌的觀察結果，可以看到 128 的那臺服務器上收到了若干次來自 129 的轉發請求，而 130 的那臺服務器上也收到了若干請求，但是觀察時間可以看到，兩臺服務器上接受的請求是先後交替的，這意味着符合輪詢算法的期望結果。

更加直觀的方法，是可以修改其中一個 Apache 服務器的主頁顯示。

簡單粗暴的方法，刪掉了 128 那臺服務器的 index.html。

然後刷新頁面的效果就是交替出現 XAMPP 的 dashboard 和 Directory Listing。

刷新以後變成下面這個頁面，兩個頁面在每次刷新後交替顯示。

如果沒有交替顯示，有可能是瀏覽器做了緩存，強制刷新一下就好了。

練習 3

在 nginx.conf 的 http 節點下新增 upstream second 方案，將 server 節點下的 proxy_pass 設爲 second 後重加載配置，其中 IP 地址要換成自己服務器的地址，瀏覽器訪問域名，監測 Nginx 服務器的 /var/log/nginx/access.log 和兩臺 Web 服務器的 /opt/lampp/logs/access.log 發現有什麼規律
upstream second {
    server 192.168.1.102:80;
    server 192.168.1.103 weight=3;
}
新增 upstream third 方案，重複上述實驗
upstream third {
    ip_hash;
    server 192.168.1.102;
    server 192.168.1.103;
}

訪問日誌可以看出，交替比例變爲 3:1。

需要特別說明的是，瀏覽器可能存在緩存，所以一定要去看日誌。

換成 hash 以後，我只能刷出 Index of /dashboard 這個頁面，不論刷新多少次，而查看訪問日誌也確實發現我被轉發到了 130 這個服務器上。

換一臺設備，可能（如果正好 hash 計算結果不同）就會被轉發到 128 的服務器上。也可能還是訪問的 130 的服務器。

再來看一些關於 Nginx 代理的實戰的例子。

第一個例子是 HTTPS 反向代理到 Docker，具體的配置過程可以看我的另一篇文章《Nginx代理HTTPS到Docker指定端口》（https://www.jxtxzzw.com/archives/4241），這裏只簡要的給出與反向代理、負載均衡相關的代碼。

第二個例子是 GitLab。

如果不想用 GitLab 自帶的 Nginx 服務，而想要把 GitLab 作爲一個虛擬主機統一在已有的 LNMP 服務中一起管理，可以用到反向代理。

由於 GitLab 默認的是在 socket 中通信，所以有點不太一樣。

這兩張截圖省略了 GitLab 中與 SSL 配置相關的代碼。

練習 4

利用 XAMPP，搭建一個能訪問數據庫的動態網站，並通過負載均衡服務器訪問

比較 Nginx 服務器和 Apache 服務器的異同

第一個練習，比較簡單，基本上只要復現本文內容即可，唯一的區別在於需要把本文中簡陋的 HTML 代碼複雜化，加上與數據庫通信的部分，例如，訪問數據庫並列出所有學生的姓名……

由於上一次練習《MySQL備份與主備配置》已經配置了雙主結構，所以，在一個 PHP 頁面中加入增刪改查的功能，並把頁面複製到另一臺服務器上就可以了，訪問會通過負載均衡，數據庫的訪問會通過雙主備份，保證了數據的一致。

代碼就不貼了。

另外，歡迎訪問我的個人博客呀，https://www.jxtxzzw.com/。

第二個練習，簡單說一下。

Nginx 相對於 Apache 的優勢：

Apache 是同步多進程模型，一個連接對應一個進程，Nginx 是異步的，多個連接（萬級別）可以對應一個進程
Nginx 的抗併發能力強很多，對資源需求更少
Nginx 支持反向代理
Nginx 支持 7 層負載均衡

Apache 相對 Nginx 的優點：

Rewrite，比 Nginx 的 Rewrite 強大
模塊超多，基本想到的都可以找到

一般來說，需要性能的 Web 服務，用 Nginx，如果不需要性能只求穩定，那就 Apache 吧。總之，就是看自己需求的。

但是從個人使用經歷來看，我會推薦 Nginx 作爲 Web 服務器的首選。如果你是新手，什麼都沒接觸過，不妨先試試 Nginx？

Linux環境下Nginx及負載均衡

Nginx 簡介

Nginx 安裝

練習 1

Nginx 默認配置

Nginx 作爲 HTTP 服務器的配置

練習 2

負載均衡簡介

練習 3

練習 4

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