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Nginx【反向代理负载均衡动静分离】--下

2023-10-26

Nginx【反向代理负载均衡动静分离】–下

Nginx 工作机制&参数设置

master-worker 机制

示意图

在这里插入图片描述

图解
  1. 一个master 管理多个worker
    在这里插入图片描述

一说master-worker 机制

● 争抢机制示意图

在这里插入图片描述

图解
  1. 一个master Process 管理多个worker process, 也就是说Nginx 采用的是多进程结构, 而不是多线程结构.
  2. 当client 发出请求(任务)时，master Process 会通知管理的worker process
  3. worker process 开始争抢任务, 争抢到的worker process 会开启连接,完成任务
  4. 每个worker 都是一个独立的进程，每个进程里只有一个主线程
  5. Nginx 采用了IO 多路复用机制(需要在Linux 环境), 使用IO 多路复用机制, 是Nginx 在使用为数不多的worker process 就可以实现高并发的关键

二说master-worker 机制

示意图

在这里插入图片描述

对上图说明

● Master-Worker 模式

1、Nginx 在启动后，会有一个master 进程和多个相互独立的worker 进程

2、Master 进程接收来自外界的信号，向各worker 进程发送信号，每个进程都有可能来处理这个连接。

3、Master 进程能监控Worker 进程的运行状态，当worker 进程退出后(异常情况下)，会自动启动新的worker 进程。

● accept_mutex 解决"惊群现象"/理论

1、所有子进程都继承了父进程的sockfd，当连接进来时，所有子进程都将收到通知并“争着”与它建立连接，这就叫“惊群现象”。

2、大量的进程被激活又挂起，只有一个进程可以accept() 到这个连接，会消耗系统资源。

3、Nginx 提供了一个accept_mutex ，这是一个加在accept 上的一把共享锁。即每个worker 进程在执行accept 之前都需要先获取锁，获取不到就放弃执行accept()。有了这把锁之后，同一时刻，就只会有一个进程去accpet()，就不会有惊群问题了。

4、当一个worker 进程在accept() 这个连接之后，就开始读取请求，解析请求，处理请求，产生数据后，再返回给客户端，最后才断开连接，完成一个完整的请求。

5、一个请求，完全由worker 进程来处理，而且只能在一个worker 进程中处理。

● 用多进程结构而不用多线程结构的好处/理论

1、节省锁带来的开销, 每个worker 进程都是独立的进程，不共享资源，不需要加锁。在编程以及问题查上时，也会方便很多。

2、独立进程，减少风险。采用独立的进程，可以让互相之间不会影响，一个进程退出后，其它进程还在工作，服务不会中断，master 进程则很快重新启动新的worker 进程

● 实现高并发的秘密-IO 多路复用

1、对于Nginx 来讲，一个进程只有一个主线程，那么它是怎么实现高并发的呢？

2、采用了IO 多路复用的原理，通过异步非阻塞的事件处理机制，epoll 模型，实现了轻量级和高并发

3、nginx 是如何具体实现的呢，举例来说：每进来一个request，会有一个worker 进程去处理。但不是全程的处理，处理到什么程度呢？处理到可能发生阻塞的地方，比如向上游(后端)服务器转发request，并等待请求返回。那么，这个处理的worker 不会这么傻等着，他会在发送完请求后，注册一个事件：“如果upstream 返回了，告诉我一声，我再接着干”。于是他就休息去了。此时，如果再有request 进来，他就可以很快再按这种方式处理。而一旦上游服务器返回了，就会触发这个事件，worker 才会来接手，这个request 才会接着往下走。由于web server 的工作性质决定了每个request 的大部份生命都是在网络传输中，实际上花费在server 机器上的时间片不多，这就是几个进程就能解决高并发的秘密所在

小结

Nginx 的master-worker 工作机制的优势

1、支持nginx -s reload 热部署, 这个特征在前面我们使用过

2、对于每个worker 进程来说，独立的进程，不需要加锁，所以省掉了锁带来的开销，同时在编程以及问题查找时，也会方便很多

3、每个worker 都是一个独立的进程，但每个进程里只有一个主线程，通过异步非阻塞的方式/IO 多路复用来处理请求， 即使是高并发请求也能应对.

4、采用独立的进程，互相之间不会影响，一个worker 进程退出后，其它worker 进程还在工作，服务不会中断，master 进程则很快启动新的worker 进程

5、一个worker 分配一个CPU ， 那么worker 的线程可以把一个cpu 的性能发挥到极致

参数设置

worker_processes

● 需要设置多少个worker
  • 每个worker 的线程可以把一个cpu 的性能发挥到极致。所以worker 数和服务器的cpu数相等是最为适宜的。设少了会浪费cpu，设多了会造成cpu 频繁切换上下文带来的损耗。
  • 设置worker 数量, Nginx 默认没有开启利用多核cpu，可以通过增加worker_cpu_affinity配置参数来充分利用多核cpu 的性能
#2 核cpu，开启2 个进程
worker_processes 2;
worker_cpu_affinity 01 10;

#2 核cpu，开启4 个进程，
worker_processes 4;
worker_cpu_affinity 01 10 01 10;

#4 核cpu，开启2 个进程，0101 表示开启第一个和第三个内核，1010 表示开启第二个和第四个内核；
worker_processes 2;
worker_cpu_affinity 0101 1010;

#4 个cpu，开启4 个进程
worker_processes 4;
worker_cpu_affinity 0001 0010 0100 1000;

#8 核cpu，开启8 个进程
worker_processes  8;
worker_cpu_affinity 00000001 00000010 00000100 00001000 00010000 00100000 01000000 10000000;

worker_cpu_affinity 理解

在这里插入图片描述

配置实例

在这里插入图片描述

  1. 重新加载nginx/usr/local/nginx/sbin/nginx -s reload
  2. 查看nginx 的worker process 情况

在这里插入图片描述

worker_connection

  1. worker_connection 表示每个worker 进程所能建立连接的最大值，所以，一个nginx 能建立的最大连接数，应该是worker_connections * worker_processes

​ (1)默认：worker_connections: 1024

​ (2)调大：worker_connections: 60000，（调大到6 万连接）

​ (3)同时要根据系统的最大打开文件数来调整.

系统的最大打开文件数>= worker_connections*worker_process 根据系统的最大打开文件数来调整，worker_connections 进程连接数量要小于等于系统的最大打开文件数，worker_connections 进程连接数量真实数量=worker_connections * worker_process

查看系统的最大打开文件数
ulimit -a|grep "open files"
open files (-n) 		65535
  1. 根据最大连接数计算最大并发数：如果是支持http1.1 的浏览器每次访问要占两个连接，所以普通的静态访问最大并发数是： worker_connections * worker_processes /2，而如果是HTTP 作为反向代理来说， 最大并发数量应该是worker_connections *worker_processes/4。因为作为反向代理服务器，每个并发会建立与客户端的连接和与后端
    服务的连接，会占用两个连接，
看一个示意图

在这里插入图片描述

配置Linux 最大打开文件数

  1. 使用ulimit -a 可以查看当前系统的所有限制值，使用ulimit -n 可以查看当前的最大打开文件数。
  2. 新装的linux 默认只有1024，当作负载较大的服务器时，很容易遇到error: too many open files。因此，需要将其改大。
  3. 使用ulimit -n 65535 可即时修改，但重启后就无效了。(注ulimit -SHn 65535 等效ulimit -n 65535，-S 指soft，-H 指hard)
  4. 有如下三种修改方式：
    1. 在/etc/rc.local 中增加一行ulimit -SHn 65535
    2. 在/etc/profile 中增加一行ulimit -SHn 65535
    3. 在/etc/security/limits.conf 最后增加如下两行记录
      1. *soft nofile 65535
      • *hard nofile 65535

在CentOS 中使用第1 种方式无效果，使用第3 种方式有效果，而在Debian 中使用第2 种有效果
5. 参考: https://blog.csdn.net/weixin_43055250/article/details/124980838

搭建高可用集群

Keepalived+Nginx 高可用集群(主从模式)

集群架构图

在这里插入图片描述

解读

1、准备两台nginx 服务器, 一台做主服务器, 一台做备份服务器

2、两台Nginx 服务器的IP 地址, 可以自己配置, 不一定和我的一样(具体可以使用ifconfig 命令)

3、安装keepalived , 保证主从之间的通讯

4、对外提供统一的访问IP(虚拟IP-VIP)

示意图

在这里插入图片描述

具体搭建步骤

搭建高可用集群基础环境

准备两台Linux 服务器192.168.198.130 和192.168.198.131
  1. 可以克隆来完成
  2. 也可以直接拷贝一份
    在这里插入图片描述
在两台Linux 服务器, 安装并配置好Nginx
  1. 安装配置Nginx 步骤前面讲过, 如果你克隆的Linux, 本身就有安装好了Nginx, 直接使用即可.
  2. 验证安装是否成功, 在windows 可以通过IP 访问到Nginx,
  3. 因为我们是拷贝了一份Linux , 而新的Linux 的Ip 已经变化了, 所以需要克隆的Linux的nginx.conf 文件中的IP 地址, 做相应的修改
    在这里插入图片描述

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在这里插入图片描述

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在两台Linux 服务器, 安装keepalived
  1. 下载keepalived-2.0.20.tar.gz 源码安装包, https://keepalived.org/download.html

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  1. 上传到两台Linux /root 目录下

在这里插入图片描述

  1. mkdir /root/keepalived
  2. 解压文件到指定目录: tar -zxvf keepalived-2.0.20.tar.gz -C ./keepalived
  3. cd /root/keepalived/keepalived-2.0.20
  4. ./configure --sysconf=/etc --prefix=/usr/local

说明: 将配置文件放在/etc 目录下, 安装路径在/usr/local

  1. make && make install

说明: 编译并安装
8) 如果成功, 就会安装好keepalived 【可以检查一下】

说明: keepalived 的配置目录在/etc/keepalived/keepalived.conf

keepalived 的启动指令在/usr/local/sbin/keepalived

  1. 提示: 两台Linux 都要安装keepalived

完成高可用集群配置

1 、将其中一台Linux( 比如192.168.198.130) 指定为Master ： vi/etc/keepalived/keepalived.conf

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

2、将其中一台Linux( 比如192.168.198.131) 指定为Backup( 备份服务器) ： vi/etc/keepalived/keepalived.conf

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

3、启动两台Linux 的keepalived 指令: /usr/local/sbin/keepalived

4、观察两台linux 的ens33 是否已经绑定192.168.198.18

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

注意事项和细节

1、keepalived 启动后无法ping 通VIP，提示ping: sendmsg: Operation not permittedhttps://blog.csdn.net/xjuniao/article/details/101793935

2、nginx+keepalived 配置说明和需要避开的坑https://blog.csdn.net/qq_42921396/article/details/123074780

测试

1、首先保证windows 可以连通192.168.198.18 这个虚拟IP
在这里插入图片描述

2、访问nginx 如图

在这里插入图片描述

说明：大家可以看到, 因为192.168.198.130 是Master 他的优先级高, 所以访问的就是192.168.198.130 的Nginx, 同时仍然是支持负载均衡的.

3、停止192.168.198.130 的keepalived 服务, 否则直接关闭192.168.198.130 主机, 再次访问http://192.168.198.18/search/cal.jsp , 这时虚拟IP 绑定发生漂移, 绑定到192.168.198.131 Backup 服务, 访问效果如图
这里直接关闭192.168.198.130 Master 的keepalived 来测试

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

自动检测Nginx 异常, 终止keepalived

实现步骤

1、编写shell 脚本: vi /etc/keepalived/ch_nginx.sh简单说明: 下面的脚本就是去统计ps -C nginx --no-header 的行数, 如果为0 , 说明nginx已经异常终止了, 就执行killall keepalived

#!/bin/bash
        num=`ps -C nginx --no-header | wc -l`
        if [ $num -eq 0 ];then
        killall keepalived
fi

修改ch_nginx.sh 权限

chmod 755 ch_nginx.sh

修改192.168.198.130 主Master 配置文件

指令: vi /etc/keepalived/keepalived.conf

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4、重新启动192.168.198.130 Master 的keepalived , 这时因为Master 的优先级高，会争夺到VIP 优先绑定.

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5、手动关闭192.168.198.130 Master 的Nginx

在这里插入图片描述

注意观察keepalived 也终止了

在这里插入图片描述

6、再次访问nginx , 发现192.168.198.18 这个虚拟IP 又和192.168.198.131 备份服务器绑定了.

在这里插入图片描述

注意事项

keepalived vrrp_script 脚本不执行解决办法

-打开日志观察

tail -f /var/log/messages

-重启keepalived

systemctl restart keepalived.service

–说明一下，曾经出现过文件找不到可以修改执行脚本文件名，不要有_就OK
  1. 如果配置有定时检查Nginx 异常的脚本, 需要先启动nginx ,在启动keepalived ,否则keepalived 一起动就被killall 了
  2. 提醒: 小伙伴们配置时，会遇到各种各样问题，有针对性解决即可

配置文件keepalived.conf 详解

#这里只注释要修改的地方
global_defs {
    notification_email {
    	test@foxmail.com  #接收通知的邮件地址
        }
        notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc #发送邮件的邮箱

        smtp_server 192.168.200.1 #smtp server 地址
        smtp_connect_timeout 30

        router_id Node132 #Node132 为主机标识
       vrrp_skip_check_adv_addr

        #vrrp_strict 	#这里需要注释，避免虚拟ip 无法ping 通
        
        vrrp_garp_interval 0
        vrrp_gna_interval 0
    }
    vrrp_instance VI_1 {
    
        state MASTER #主节点MASTER 备用节点为BACKUP
        
        interface ens33 #网卡名称
        
        virtual_router_id 51 #VRRP 组名，两个节点的设置必须一样，指明属于同一VRRP 组
        
        priority 100 #主节点的优先级（1-254 之间），备用节点必须比主节点优先级低
        

         advert_int 1 #组播信息发送间隔，两个节点设置必须一样

            authentication { #设置验证信息，两个节点必须一致
                auth_type PASS
                auth_pass 1111
            }
            virtual_ipaddress { #指定虚拟IP, 两个节点设置必须一样

                192.168.200.16
            }
}
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Nginx

负载均衡

运维

spring boot

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