基于Nginx深入浅出亿级流量架构设计（持续更新2023.7.18）

news2024/11/24 10:51:45

基于Nginx深入浅出亿级流量架构设计

  • 环境准备/安装部署
    • Nginx四个发行版本简单介绍
    • Nginx的安装
  • Nginx的目录结构与基本运行原理及其最小配置解析
  • Nginx虚拟主机与域名配置
  • ServerName匹配规则
  • 反向代理在系统结构中的应用场景
    • Nginx的反向代理配置

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环境准备/安装部署

虚拟机使用VMware Workstation Pro 16版本
省略安装系统过程，可参考VMware 安装 Centos7（超详细教程）
本次实验学习基于源码编译安装 nginx 1.21.6
在这里插入图片描述

# 系统环境
3.10.0-862.el7.x86_64
CentOS Linux release 7.5.1804 (Core)

# 设置Yum源
curl -o /etc/yum.repos.d/CentOS-Base.repo https://mirrors.aliyun.com/repo/Centos-7.repo
sed -i -e '/mirrors.cloud.aliyuncs.com/d' -e '/mirrors.aliyuncs.com/d' /etc/yum.repos.d/CentOS-Base.repo
yum makecache fast

# 必备工具安装
yum install wget vim net-tools telnet yum-utils -y

# 关闭firewalld selinux
systemctl disable --now firewalld
setenforce 0
sed -i 's#SELINUX=enforcing#SELINUX=disabled#g' /etc/sysconfig/selinux
sed -i 's#SELINUX=enforcing#SELINUX=disabled#g' /etc/selinux/config
reboot

# 如未关闭防火墙也可放行端口
firewall-cmd --zone=public --add-port=80/tcp --permanent
# 重启防火墙
firewall-cmd --reload

学习时的电脑配置
内存：建议8G以上
磁盘：建议使用SSD
CPU：4核以上主流即可

主机IP地址主机配置安装的软件
lr-nginx-01192.168.100.1112核4GNginx
lr-nginx-02192.168.100.1122核4GNginx
lr-nginx-02192.168.100.1132核4GNginx

Nginx四个发行版本简单介绍

常用版本分为四大阵营

  1. Nginx开源版 http://nginx.org/
  2. Nginx plus 商业版 https://www.nginx.com
  3. Openresty http://openresty.org
  4. Tengine http://tengine.taobao.org

Nginx的安装

基于rpm包进行离线安装

http://nginx.org/packages/centos/7/x86_64/RPMS/

wget -P /opt/ http://nginx.org/packages/centos/7/x86_64/RPMS/nginx-1.20.0-1.el7.ngx.x86_64.rpm
rpm -ivh /opt/nginx-1.20.0-1.el7.ngx.x86_64.rpm

基于源码编译安装

# 安装相关依赖
yum install gcc pcre pcre-devel zlib zlib-devel -y

# 编译安装
wget -P /opt/ http://nginx.org/download/nginx-1.21.6.tar.gz
tar xf nginx-1.21.6.tar.gz
cd nginx-1.21.6
./configure --prefix=/opt/nginx && make && make install

# 启动Nginx
cd /opt/nginx/sbin/

./nginx           # 启动
./nginx -s stop   # 快速停止
./nginx -s quit   # 优雅关闭,在退出前完成已经接受的连接请求
./nginx -s reload #重新加载配置

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安装成系统服务并创建服务脚本

vim /usr/lib/systemd/system/nginx.service
[Unit]
Description=nginx - web server
After=network.target remote-fs.target nss-lookup.target
[Service]
Type=forking
PIDFile=/opt/nginx/logs/nginx.pid
ExecStartPre=/opt/nginx/sbin/nginx -t -c /opt/nginx/conf/nginx.conf
ExecStart=/opt/nginx/sbin/nginx -c /opt/nginx/conf/nginx.conf
ExecReload=/opt/nginx/sbin/nginx -s reload
ExecStop=/opt/nginx/sbin/nginx -s stop
ExecQuit=/opt/nginx/sbin/nginx -s quit
PrivateTmp=true
[Install]
WantedBy=multi-user.target

# 加载系统服务
systemctl daemon-reload
# 启动nginx并设置开机启动
systemctl enable nginx.service --now

Nginx的目录结构与基本运行原理及其最小配置解析

Nginx的目录结构

在这里插入图片描述

基本请求流程

在这里插入图片描述
启动nginx后，/sbin/nginx可执行文件运行，①master开启主进程读取nginx.conf文件并校验配置文件②开启多个子进程响应请求，运行时会有两种进程，主进程master不处理业务协调子进程，子进程worker
等待用户请求接入，读取nginx.conf站点目录，由worker响应并解析，再加载index.html
nginx启动后是多进程的，由主进程fork出的子进程响应请求，master协调子进程

Nginx最小配置解析


worker_processes  1;            # 工作的子进程个数默认为1,对应物理服务器内核CPU数,一个内核对应一个worker_processes

events {                                     # 事件驱动模块
    worker_connections  1024;                # 每一个worker创建多少连接(单个业务进程可接受连接数),默认1024
}

http {
    include       mime.types;                # mime.types(请求头),对应文件后缀名,引入http mime类型
    default_type  application/octet-stream;  # 如果mime类型没有匹配上,默认使用二进制流的的方式传输

    sendfile        on;                      # 数据0拷贝,使用Linux的sendfile(socket,file,len)高效网络传输

    keepalive_timeout  65;                   # 保持连接,超时断开时间

    server {                                 # 虚拟主机(vhost),一个nginx可以运行多个主机,一个主机有自己独立的站点
        listen       80;                     # 当前主机监听端口号,不能重复
        server_name  localhost;              # 主机名(配置域名)或IP地址
        
        charset utf-8;
                                             # location匹配路径, uri(资源)+server_name=url
        location / {                         # http://atguigu.com/xxoo/index.html
            root   html;                     # 文件根目录(相对路径),相对于nginx主目录/opt/nginx
            index  index.html index.htm;     # 默认页名称
        }
                                                 # 服务器端内部错误报错,资源无法访问
        error_page   500 502 503 504  /50x.html; # 报错编码对应页面
        location = /50x.html {
            root   html;
        }
    }
}

Nginx虚拟主机与域名配置

域名、DNS和IP之间的关系

  1. 因为在网络上机器彼此连接只能互相识别IP，而数字标识较难记忆，所以才演化出域名来代替IP地址，当我们将在地址栏输入域名欲跳转到某个页面时，点击提交后会由专门的域名解析服务器（DNS服务器）对我们的域名进行解析，得出域名对应的IP地址再进行连接。所以如果我们直接在地址栏输入与域名对应的IP也可以跳转到同一个页面。
  2. 虽然同一个域名只能绑定一个IP地址，但是因为一个域名可以设定多个DNS服务或者服务器进行解析，同一个域名的每个解析就可以指向不同的IP地址，这样应答快的DNS优先进行解析，能保证最快定向到指定的网站空间去，这是用户所不知道的。

总结

  1. 地址栏输入域名后，会由专门的域名解析服务器
  2. 同一个域名只能绑定一个IP地址
  3. 一个域名可以设定多个DNS服务或者服务器进行解析，同一个域名的每个解析就可以指向不同的IP地址
  4. 应答快的DNS优先进行解析

http协议

HTTP协议(超文本传输协议HyperText Transfer Protocol)，它是基于TCP协议的应用层传输协议，简单来说就是客户端和服务端进行数据传输的一种规则。
注意：客户端与服务器的角色不是固定的，一端充当客户端，也可能在某次请求中充当服务器。这取决与请求的发起端。HTTP协议属于应用层，建立在传输层协议TCP之上。客户端通过与服务器建立TCP连接，之后发送HTTP请求与接收HTTP响应都是通过访问Socket接口来调用TCP协议实现。
HTTP是一种无状态 (stateless) 协议, HTTP协议本身不会对发送过的请求和相应的通信状态进行持久化处理。这样做的目的是为了保持HTTP协议的简单性，从而能够快速处理大量的事务, 提高效率。
然而，在许多应用场景中，我们需要保持用户登录的状态或记录用户购物车中的商品。由于HTTP是无状态协议，所以必须引入一些技术来记录管理状态，例如Cookie。

虚拟主机原理

Nginx虚拟主机：Nginx部署在一个物理服务器上，却通过ip、端口、域名对外实现多个访问入口，让客户端以为是多个服务器，这就是虚拟主机
参考文章： Nginx从基本原理到开发实践
原本一台服务器只能对应一个站点，通过虚拟主机技术可以虚拟化成多个站点同时对外提供服务
Notepad++可以更改hosts文件，Nodepad++ 下载：https://notepad-plus.en.softonic.com/download

# 本机hosts文件路径
C:\Windows\System32\drivers\etc
...
192.168.100.111     nginx-devops.com

本机hosts文件设置解析
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# 虚拟主机环境准备

# 准备站点
mkdir /www && cd /www  && mkdir web video
[root@lr-nginx-01 www]# ls
video  web
echo "this is video web site." > video/index.html
echo "this is master web site." > web/index.html

# 基于端口的虚拟主机vhost
...
    server {
        listen       80;
        server_name  localhost;

        charset utf-8;

        location / {
            root   /www/web/;
            index  index.html index.htm;
        }
        
        error_page   500 502 503 504  /50x.html;
        location = /50x.html {
            root   html;
        }
    }       
    server {
        listen       88;
        server_name  localhost;
        
        charset utf-8;
            
        location / {
            root   /www/video;
            index  index.html index.htm;
        }
        
        error_page   500 502 503 504  /50x.html;
        location = /50x.html {
            root   html;
        }
    }
...

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...
# 基于域名的虚拟主机vhost
    server {
        listen       80;
        server_name  www.cloud611.fun;

        charset utf-8;

        location / {
            root   /www/web/;
            index  index.html index.htm;
        }

        error_page   500 502 503 504  /50x.html;
        location = /50x.html {
            root   html;
        }
    }
    server {
        listen       80;
        server_name  video.cloud611.fun;

        charset utf-8;

        location / {
            root   /www/video;
            index  index.html index.htm;
        }

        error_page   500 502 503 504  /50x.html;
        location = /50x.html {
            root   html;
        }
    }
...

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公网域名解析与泛域名解析实战

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DNS解析记录类型及分别代表什么含义？

  1. A记录：所对应的域名匹配一个独立的IP地址，把域名转向到IP地址记录在DNS服务器上
  2. CNAME记录：将域名指向另外一个域名地址上，好处：有可能IP地址主机地址不是固定的，故直接解析到域名
  3. AAAA记录：暂未普及
  4. NS记录：DNS服务器
  5. MX记录：邮件服务器

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关于阿里云直接解析内网IP并且可以访问的问题

  1. DNS只是记录了你要解析的IP，无论是内网还是外网，你在当前环境下用域名访问你的内网IP，跟直接访问内网IP一样的道理
  2. 又或者说这种配置是本地hosts作用域提升到了局域网，简单来说是在公网DNS注册了一条记录，这条记录最后会返回给你，本机拿到记录会去找对应的IP

在这里插入图片描述

ServerName匹配规则

可以在同一个servername中配置多个域名
需要注意的是servername匹配分先后顺序，写在前面的匹配上就不会继续往下匹配了

# 完整匹配,我们可以在同一servername中匹配多个域名
server_name www.cloud611.fun video.cloud611.com;

# 通配符匹配
server_name *.cloud611.fun

# 通配符结束匹配
server_name cloud611.*;

# 正则匹配
server_name ~^[0-9]+\.cloud611\.fun$;

server_name的配置格式之正则匹配

server {
    listen       80;
    server_name  ~^(?<user>.+)\.example\.net$;
    ...
}

正则匹配格式，必须以~开头，比如：server_name ~^www\d+\.example\.net$;如果开头没有~，则nginx认为是精确匹配，或者如果匹配字符中含有*号，则会被认为是通配符匹配，不过非法的通配符格式。在逻辑上，需要添加^和$锚定符号。注意，正则匹配格式中.为正则元字符，如果需要匹配.，则需要反斜线转义。如果正则匹配中含有{和}则需要双引号引用起来，避免nginx报错，如果未加双引号，则nginx会报如下错误：directive "server_name" is not terminated by ";" in ...
特殊匹配格式

server_name "";   匹配Host请求头不存在的情况。
server_name "-";  无任何意义。
server_name "*";  它被错误地解释为万能的名称,它从不用作通用或通配符服务器名称.
                  相反,它提供了server_name_in_redirect指令现在提供的功能.
                  现在不建议使用特殊名称"*",而应使用server_name_in_redirect指令.

匹配顺序

  1. 精确的名字
  2. 以*号开头的最长通配符名称，例如 *.example.org
  3. 以*号结尾的最长通配符名称，例如 mail.*
  4. 第一个匹配的正则表达式（在配置文件中出现的顺序）

优化

  1. 尽量使用精确匹配;
  2. 当定义大量server_name时或特别长的server_name时，需要在http级别调整server_names_hash_max_size和server_names_hash_bucket_size，否则nginx将无法启动。

参考文章：Nginx系列之server_name定义与匹配规则

反向代理在系统结构中的应用场景

在这里插入图片描述

何为反向代理？

  1. 在介绍反向代理之前，先来了解一下正向代理。
  2. 正向代理： 如果把局域网外的 Internet 想象成一个巨大的资源库，则局域网中的客户端要访问 Internet，则需要通过代理服务器来访问，这种代理服务就称为正向代理。下面是正向代理的原理图。
  3. 由于工作环境原因，日常工作只能局限于单位的局域网，如果想要访问互联网，怎么办呢？这就需要用到正向代理。本人经常用正向代理来进行上网。

在这里插入图片描述

  1. 反向代理：看下面原理图，就一目了然。其实客户端对代理是无感知的，因为客户端不需要任何配置就可以访问，我们只需要将请求发送到反向代理服务器，由反向代理服务器去选择目标服务器获取数据后，在返回给客户端，此时反向代理服务器和目标服务器对外就是一个服务器，暴露的是代理服务器地址，隐藏了真实服务器 IP 地址。

在这里插入图片描述

  1. 正向代理和反向代理的区别，一句话就是：如果我们客户端自己用，就是正向代理。如果实在服务器用，我们用户无感知，就是反向代理。
  2. 这里有个问题：反向代理服务器，怎么选择挂在它后面的哪一台具体服务器呢？答案在后文揭晓，这就是负载均衡。

参考文章：https://zhuanlan.zhihu.com/p/451825018

Nginx的反向代理配置

# nginx01主机nginx.conf配置
worker_processes  1;

events {
    worker_connections  1024;
}


http {
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;

    sendfile        on;
    server_tokens   off;
    keepalive_timeout  65;

    server {
        listen       80;
        server_name  www.cloud611.fun;

        charset utf-8;

        location / {
             proxy_pass http://www.atguigu.com;# 如果不添加www,地址会自动跳转www.atguigu.com而不是阿里云DNS解析
#            root   /www/web/;
#            index  index.html index.htm;
        }

        error_page   500 502 503 504  /50x.html;
        location = /50x.html {
            root   html;
        }
    }
}

在这里插入图片描述

基于反向代理的负载均衡配置

<!-- 修改192.168.100.112&192.168.100.113 index.html文件 112&113 -->
<!DOCTYPE html>
<html>
 <head>
 <meta charset='utf-8'>
 <title>开始HTML</title>
 </head>
 <body>
 <h1>我是192.168.100.112!!!</h1>
 </body>
</html>

将后端代理服务器转到192.168.100.111上

...
location / {
     proxy_pass http://192.168.100.112;
}
...

在这里插入图片描述

—————————————————————————————————————————— 

# 和server同一级 http模块下
    upstream upup {
        server 192.168.100.112:80;
        server 192.168.100.113:80;
    }

负载均衡策略

  • 轮询：默认情况下使用轮询方式，逐一转发，这种方式适用于无状态请求。无法保持会话
  • weight（权重）：指定轮询几率，weight和访问比率成正比，用于后端服务器性能不均的情况。
upstream upup {
server 127.0.0.1:8050 weight=10 down;  # down:表示当前的server暂时不参与负载
server 127.0.0.1:8060 weight=1;        # weight:默认为1 weight越大,负载的权重就越大
server 127.0.0.1:8060 weight=1 backup; # backup:其它所有的非backup机器down或者忙的时候,请求backup机器.
}
  • ip_hash：根据客户端的ip地址转发同一台服务器可以保持回话
  • least_conn：最少连接访问
  • url_hash：根据用户访问的url定向转发请求定向流量转发
  • fair：根据后端服务器响应时间转发请求

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图片修补 EdgeConnect 论文的阅读与翻译：生成边缘轮廓先验，再填补缺失内容

本文将要介绍的论文就是&#xff1a;EdgeConnect: Generative Image Inpainting with Adversarial Edge Learning&#xff0c;因为知乎在&#xff08;2019-02-02&#xff09;前&#xff0c;缺少详细介绍这篇论文的文章&#xff0c;而我最近需要复现它&#xff0c;所以顺便在这里…
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消息重试框架 Spring-Retry 和 Guava-Retry

消息重试框架 Spring-Retry 和 Guava-Retry

一 重试框架之Spring-Retry 1.Spring-Retry的普通使用方式 2.Spring-Retry的注解使用方式 二 重试框架之Guava-Retry 总结 图片 一 重试框架之Spring-Retry Spring Retry 为 Spring 应用程序提供了声明性重试支持。它用于Spring批处理、Spring集成、Apache Hadoop(等等)。…
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智能应急疏散系统在公共建筑中的的应用

智能应急疏散系统在公共建筑中的的应用

安科瑞 华楠 摘 要&#xff1a;随着大型公共建筑物的不断增多&#xff0c;其所产生的各种建筑安全隐患问题也在逐渐加剧&#xff0c;一旦出现火灾险情&#xff0c;要想从公共建筑中安全的脱离出来&#xff0c;其难度也是可想而知。因此&#xff0c;这就需要在进行公共建筑设计时…
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Java打怪升级路线的相关知识

Java打怪升级路线的相关知识

第一关：JavaSE阶段 1、计算机基础 2、java入门学习 3、java基础语法 4、流程控制和方法 5、数组 6、面向对象编程 7、异常 8、常用类 9、集合框架 10、IO 11、多线程 12、GUI编程 13、网络编程 14、注解与反射 15、JUC编程 16、JVM探究 17、23种设计模式 18、数据结构与算法 1…
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mysql数字开头字符串排序

mysql数字开头字符串排序

表结构 CREATE TABLE building (id bigint NOT NULL,name varchar(255) CHARACTER SET utf8mb3 COLLATE utf8_general_ci DEFAULT NULL COMMENT 名称,full_name varchar(255) CHARACTER SET utf8mb3 COLLATE utf8_general_ci DEFAULT NULL COMMENT 全称,PRIMARY KEY (id) USIN…
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