Nginx实现高可用

一、课程目标

Nginx介绍
Ningx应用场景
Windows环境下安装Nginx
Windows环境下实现反向代理
Windows环境下实现负载均衡
Nginx实现网关接口跨域解决方案
Nginx实现防盗链
Nginx防止DDOS
Linux环境下安装Nginx
Linux环境下实现反向代理
Linux环境下nginx+keepalived实现高可用
Linux环境下Session共享解决方案
高并发解决方案

一、nginx入门

1.1什么是nginx？

nginx是一款高性能的http 服务器/反向代理服务器及电子邮件（IMAP/POP3）代理服务器。由俄罗斯的程序设计师Igor Sysoev所开发，官方测试nginx能够支支撑5万并发链接，并且cpu、内存等资源消耗却非常低，运行非常稳定，所以现在很多知名的公司都在使用nginx。
1.2 nginx应用场景
1、http服务器。Nginx是一个http服务可以独立提供http服务。可以做网页静态服务器。
2、虚拟主机。可以实现在一台服务器虚拟出多个网站。例如个人网站使用的虚拟主机。
3、反向代理，负载均衡。当网站的访问量达到一定程度后，单台服务器不能满足用户的请求时，需要用多台服务器集群可以使用nginx做反向代理。并且多台服务器可以平均分担负载，不会因为某台服务器负载高宕机而某台服务器闲置的情况。

1.3 Windows环境下安装Nginx

解压:nginx-windows
双击: nginx.exe

能看到nginx欢迎界面说明,nginx安装成功
演示下 nginx做静态服务器
1.3.1 windows常用命令
nginx.exe -s stop –停止

1.4 nginx优缺点

占内存小，可以实现高并发连接、处理响应快。
可以实现http服务器、虚拟主机、反向代理、负载均衡。
nginx配置简单
可以不暴露真实服务器IP地址

1.4 nginx.conf 介绍

1.4.1 nginx.conf文件的结构
nginx的配置由特定的标识符(指令符)分为多个不同的模块。
指令符分为简单指令和块指令。
简单指令格式：[name parameters;]
块指令格式：和简单指令格式有一样的结构，但其结束标识符不是分号，而是大括号{},块指令内部可以包含simple directives 和block directives, 可以称块指令为上下文(e.g. events, http, server, location)
conf文件中，所有不属于块指令的简单指令都属于main上下文的，http块指令属于main上下文，server块指令http上下文。
1.4.2 配置静态访问
Web server很重要一部分工作就是提供静态页面的访问，例如images, html page。nginx可以通过不同的配置，根据request请求，从本地的目录提供不同的文件返回给客户端。
打开安装目录下的nginx.conf文件，默认配置文件已经在http指令块中创建了一个空的server块，在nginx-1.8.0中的http块中已经创建了一个默认的server块。内容如下：

server {
        listen       80;
        server_name  localhost;
        location / {
            root   html;
            index  index.html index.htm;
        }
        error_page   500 502 503 504  /50x.html;
        location = /50x.html {
            root   html;
        } 
}  

1.4 nginx实现反向代理

1.4.1什么是反向代理?
反向代理（Reverse Proxy）方式是指以代理服务器来接受internet上的连接请求，然后将请求转发给内部网络上的服务器，并将从服务器上得到的结果返回给internet上请求连接的客户端，此时代理服务器对外就表现为一个反向代理服务器。

启动一个Tomcat 127.0.0.1:8080
使用nginx反向代理 8080.itmayiedu.com 直接跳转到127.0.0.1:8080

1.4.1Host文件新增

127.0.0.1 8080.itmayiedu.com
127.0.0.1 b8081.itmayiedu.com

1.4.2 nginx.conf 配置

配置信息:

    server {
        listen       80;
        server_name  8080.itmayiedu.com;
        location / {
		    proxy_pass  http://127.0.0.1:8080;
			index  index.html index.htm;
        }
    }
     server {
        listen       80;
        server_name  b8081.itmayiedu.com;
        location / {
		    proxy_pass  http://127.0.0.1:8081;
			index  index.html index.htm;
        }
    }

1.5 nginx实现负载均衡

1.5.1什么是负载均衡
负载均衡 建立在现有网络结构之上，它提供了一种廉价有效透明的方法扩展网络设备和服务器的带宽、增加吞吐量、加强网络数据处理能力、提高网络的灵活性和可用性。
负载均衡，英文名称为Load Balance，其意思就是分摊到多个操作单元上进行执行，例如Web服务器、FTP服务器、企业关键应用服务器和其它关键任务服务器等，从而共同完成工作任务。

1.5.3负载均衡策略

1、轮询（默认）
每个请求按时间顺序逐一分配到不同的后端服务器，如果后端服务器down掉，能自动剔除。 
upstream backserver { 
server 192.168.0.14; 
server 192.168.0.15; 
} 

2、指定权重
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 backserver { 
server 192.168.0.14 weight=10; 
server 192.168.0.15 weight=10; 
} 

3、IP绑定 ip_hash
每个请求按访问ip的hash结果分配，这样每个访客固定访问一个后端服务器，可以解决session的问题。 
upstream backserver { 
ip_hash; 
server 192.168.0.14:88; 
server 192.168.0.15:80; 
} 

1.5.4配置代码

upstream backserver { 
     server 127.0.0.1:8080; 
     server 127.0.0.1:8081; 
    } 

    server {
        listen       80;
        server_name  www.itmayiedu.com;
        location / {
		    proxy_pass  http://backserver;
			index  index.html index.htm;
        }
    }

1.5.4宕机轮训配置规则

    server {
        listen       80;
        server_name  www.itmayiedu.com;
        location / {
		    proxy_pass  http://backserver;
			index  index.html index.htm;
			proxy_connect_timeout 1;
            proxy_send_timeout 1;
            proxy_read_timeout 1;
        }
		
		}

1.6 nginx解决网站跨域问题

server {
        listen       80;
        server_name  www.itmayiedu.com;
        location /A {
		    proxy_pass  http://a.a.com:81/A;
			index  index.html index.htm;
        }
		location /B {
		    proxy_pass  http://b.b.com:81/B;
			index  index.html index.htm;
        }
    }

1.7 nginx配置防盗链

location ~ .*\.(jpg|jpeg|JPG|png|gif|icon)$ {
        valid_referers blocked http://www.itmayiedu.com www.itmayiedu.com;
        if ($invalid_referer) {
            return 403;
        }
		}

1.7 nginx配置DDOS

1.7.1限制请求速度
设置Nginx、Nginx Plus的连接请求在一个真实用户请求的合理范围内。比如，如果你觉得一个正常用户每两秒可以请求一次登录页面，你就可以设置Nginx每两秒钟接收一个客户端IP的请求（大约等同于每分钟30个请求）。

limit_req_zone $binary_remote_addr zone=one:10m rate=30r/m;
server {
...
location /login.html {
limit_req zone=one;
...
}
}

limit_req_zone命令设置了一个叫one的共享内存区来存储请求状态的特定键值，在上面的例子中是客户端IP($binary_remote_addr)。location块中的limit_req通过引用one共享内存区来实现限制访问/login.html的目的。
1.7.1限制请求速度

设置Nginx、Nginx Plus的连接数在一个真实用户请求的合理范围内。比如，你可以设置每个客户端IP连接/store不可以超过10个。

三、linux操作nginx

Nginx是一款轻量级的网页服务器、反向代理服务器。相较于Apache、lighttpd具有占有内存少，稳定性高等优势。它最常的用途是提供反向代理服务。

3.1 linux安装

在Centos下，yum源不提供nginx的安装，可以通过切换yum源的方法获取安装。也可以通过直接下载安装包的方法，以下命令均需root权限执行：
首先安装必要的库（nginx 中gzip模块需要 zlib 库，rewrite模块需要 pcre 库，ssl 功能需要openssl库）。选定/usr/local为安装目录，以下具体版本号根据实际改变。
3.1.1.安装PCRE库

$ cd /usr/local/
$ wget ftp://ftp.csx.cam.ac.uk/pub/software/programming/pcre/pcre-8.36.tar.gz
$ tar -zxvf pcre-8.36.tar.gz
$ cd pcre-8.36
$ ./configure
$ make
$ make install

./configure报错
configure: error: You need a C++ compiler for C++ support.
解决办法
yum install -y gcc gcc-c++

3.1.2.安装zlib库

$ cd /usr/local/ 
$ wget http://zlib.net/zlib-1.2.8.tar.gz
$ tar -zxvf zlib-1.2.8.tar.gz
$ cd zlib-1.2.8
$ ./configure
$ make
$ make install

3.1.3.安装ssl

$ cd /usr/local/
$ wget http://www.openssl.org/source/openssl-1.0.1j.tar.gz
$ tar -zxvf openssl-1.0.1j.tar.gz
$ ./config
$ make
$ make install

3.1.4.安装nginx

$ cd /usr/local/
$ wget http://nginx.org/download/nginx-1.8.0.tar.gz
$ tar -zxvf nginx-1.8.0.tar.gz
$ cd nginx-1.8.0  
$ ./configure --prefix=/usr/local/nginx 
$ make
$ make install

安装常见错误:
Nginx启动提示找不到libpcre.so.1解决方法
如果是32位系统
[root@lee ~]# ln -s /usr/local/lib/libpcre.so.1 /lib
如果是64位系统
[root@lee ~]# ln -s /usr/local/lib/libpcre.so.1 /lib64
然后在启动nginx就OK了
[root@lee ~]# /usr/local/webserver/nginx/sbin/nginx

3.2 启动nginx

$ /usr/local/nginx/sbin/nginx

检查是否启动成功：
打开浏览器访问此机器的 IP，如果浏览器出现 Welcome to nginx! 则表示 Nginx 已经安装并运行成功。
3.2.1常用命令
重启：
$ /usr/local/nginx/sbin/nginx 启动命令
重启：
$ /usr/local/nginx/sbin/nginx –s reload
停止：
$ /usr/local/nginx/sbin/nginx –s stop
测试配置文件是否正常：
$ /usr/local/nginx/sbin/nginx –t
强制关闭：
$ pkill nginx

3.2 启动Nginx + Keepalived高可用

什么是Keepalived
Keepalived是一个免费开源的，用C编写的类似于layer3, 4 & 7交换机制软件，具备我们平时说的第3层、第4层和第7层交换机的功能。主要提供loadbalancing（负载均衡）和 high-availability（高可用）功能，负载均衡实现需要依赖Linux的虚拟服务内核模块（ipvs），而高可用是通过VRRP协议实现多台机器之间的故障转移服务。

上图是Keepalived的功能体系结构，大致分两层：用户空间（user space）和内核空间（kernel space）。
内核空间：主要包括IPVS（IP虚拟服务器，用于实现网络服务的负载均衡）和NETLINK（提供高级路由及其他相关的网络功能）两个部份。
用户空间：
WatchDog：负载监控checkers和VRRP进程的状况
VRRP Stack：负载负载均衡器之间的失败切换FailOver，如果只用一个负载均稀器，则VRRP不是必须的。
Checkers：负责真实服务器的健康检查healthchecking，是keepalived最主要的功能。换言之，可以没有VRRP Stack，但健康检查healthchecking是一定要有的。
IPVS wrapper：用户发送设定的规则到内核ipvs代码
Netlink Reflector：用来设定vrrp的vip地址等。
Netlink Reflector：用来设定vrrp的vip地址等。
Keepalived的所有功能是配置keepalived.conf文件来实现的。

3.2.1安装keepalived
下载keepalived地址：http://www.keepalived.org/download.html
解压安装：
tar -zxvf keepalived-1.2.18.tar.gz -C /usr/local/
yum install -y openssl openssl-devel（需要安装一个软件包）
cd keepalived-1.2.18/ && ./configure --prefix=/usr/local/keepalived
make && make install
3.2.2keepalived安装成Linux系统服务
将keepalived安装成Linux系统服务，因为没有使用keepalived的默认安装路径（默认路径：/usr/local）,安装完成之后，需要做一些修改工作：
首先创建文件夹，将keepalived配置文件进行复制：
mkdir /etc/keepalived
cp /usr/local/keepalived/etc/keepalived/keepalived.conf /etc/keepalived/
然后复制keepalived脚本文件：
cp /usr/local/keepalived/etc/rc.d/init.d/keepalived /etc/init.d/
cp /usr/local/keepalived/etc/sysconfig/keepalived /etc/sysconfig/
ln -s /usr/local/sbin/keepalived /usr/sbin/
ln -s /usr/local/keepalived/sbin/keepalived /sbin/
可以设置开机启动：chkconfig keepalived on，到此我们安装完毕!
3.2.3keepalived 常用命令
service keepalived start
service keepalived stop
3.2.3 配置nginx主备自动重启
第三步：对配置文件进行修改：vim /etc/keepalived/keepalived.conf
keepalived.conf配置文件说明：
（一）Master

! Configuration File for keepalived

global_defs {
   router_id bhz005 ##标识节点的字符串，通常为hostname
}
##keepalived 会定时执行脚本并且对脚本的执行结果进行分析，动态调整vrrp_instance的优先级。这里的权重weight 是与下面的优先级priority有关，如果执行了一次检查脚本成功，则权重会-20，也就是由100 - 20 变成了80，Master 的优先级为80 就低于了Backup的优先级90，那么会进行自动的主备切换。
如果脚本执行结果为0并且weight配置的值大于0，则优先级会相应增加。
如果脚本执行结果不为0 并且weight配置的值小于0，则优先级会相应减少。
vrrp_script chk_nginx {
    script "/etc/keepalived/nginx_check.sh" ##执行脚本位置
    interval 2 ##检测时间间隔
    weight -20 ## 如果条件成立则权重减20（-20）
}
##定义虚拟路由 VI_1为自定义标识。
vrrp_instance VI_1 {
state MASTER   ## 主节点为MASTER，备份节点为BACKUP
    ## 绑定虚拟IP的网络接口（网卡），与本机IP地址所在的网络接口相同（我这里是eth6）
interface eth6  
virtual_router_id 172  ## 虚拟路由ID号
    mcast_src_ip 192.168.1.172  ## 本机ip地址
    priority 100  ##优先级配置（0-254的值）
    Nopreempt  ## 
    advert_int 1 ## 组播信息发送间隔，俩个节点必须配置一致，默认1s
    authentication {  
        auth_type PASS
        auth_pass bhz ## 真实生产环境下对密码进行匹配
    }
    track_script {
        chk_nginx
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.1.170 ## 虚拟ip(vip)，可以指定多个
    }
}

（二）Backup

! Configuration File for keepalived

global_defs {
   router_id bhz006
}

vrrp_script chk_nginx {
    script "/etc/keepalived/nginx_check.sh"
    interval 2
    weight -20
}

vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    interface eth7
    virtual_router_id 173
    mcast_src_ip 192.168.1.173
    priority 90 ##优先级配置
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass bhz
    }

    track_script {
        chk_nginx
    }

    virtual_ipaddress {
        192.168.1.170
    }
}

（三）nginx_check.sh 脚本：

#!/bin/bash
A=`ps -C nginx –no-header |wc -l`
if [ $A -eq 0 ];then
    /usr/local/nginx/sbin/nginx
    sleep 2
    if [ `ps -C nginx --no-header |wc -l` -eq 0 ];then
        killall keepalived
    fi
fi

（四）我们需要把master的keepalived配置文件 copy到master机器（172）的 /etc/keepalived/ 文件夹下，在把backup的keepalived配置文件copy到backup机器（173）的 /etc/keepalived/ 文件夹下，最后把nginx_check.sh脚本分别copy到两台机器的 /etc/keepalived/文件夹下。

（五）nginx_check.sh脚本授权。赋予可执行权限：chmod +x /etc/keepalived/nginx_check.sh
（六）启动2台机器的nginx之后。我们启动两台机器的keepalived
/usr/local/nginx/sbin/nginx
service keepalived start
ps -ef | grep nginx
ps -ef | grep keepalived
可以进行测试，首先看一下俩台机器的ip a 命令下 都会出现一个虚拟ip，我们可以停掉 一个机器的keepalived，然后测试，命令：service keepalived stop。结果发现当前停掉的机器已经不可用，keepalived会自动切换到另一台机器上。

（七）我们可以测试在nginx出现问题的情况下，实现切换，这个时候我们只需要把nginx的配置文件进行修改，让其变得不可用，然后强杀掉nginx进程即可，发现也会实现自动切换服务器节点。

  **3.2.3 nginx配置负载均衡**

创建一个springboot项目 实现负载均衡

四、集群情况下Session共享解决方案

4.1 集群情况下session会产生什么原因?

4.2 什么是会话机制

4.3 Session存放在哪里

4.4 Session共享解决方案

4.4.1 nginx或者haproxy做的负载均衡)
用Nginx 做的负载均衡可以添加ip_hash这个配置，
用haproxy做的负载均衡可以用 balance source这个配置。
从而使同一个ip的请求发到同一台服务器。
4.4.2 利用数据库同步session
4.4.3利用cookie同步session数据原理图如下

缺点:安全性差、http请求都需要带参数增加了带宽消耗
4.4.4使用Session集群存放Redis
创建一个springboot项目
4.4.1引入maven依赖

	
        
            org.springframework.boot
            spring-boot-starter-redis
        
        
        
            org.springframework.session
            spring-session-data-redis
        

4.4.2创建SessionConfig

import org.springframework.beans.factory.annotation.Value;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.data.redis.connection.jedis.JedisConnectionFactory;
import org.springframework.session.data.redis.config.annotation.web.http.EnableRedisHttpSession;

//这个类用配置redis服务器的连接
//maxInactiveIntervalInSeconds为SpringSession的过期时间（单位：秒）
@EnableRedisHttpSession(maxInactiveIntervalInSeconds = 1800)
public class SessionConfig {

	// 冒号后的值为没有配置文件时，制动装载的默认值
	@Value("${redis.hostname:localhost}")
	String HostName;
	@Value("${redis.port:6379}")
	int Port;

	@Bean
	public JedisConnectionFactory connectionFactory() {
		JedisConnectionFactory connection = new JedisConnectionFactory();
		connection.setPort(Port);
		connection.setHostName(HostName);
		return connection;
	}
}

4.4.3初始化Session

//初始化Session配置
public class SessionInitializer extends AbstractHttpSessionApplicationInitializer{
    public SessionInitializer() {
        super(SessionConfig.class);
    }
}

4.4.4 控制器层代码

import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpSession;

import org.springframework.beans.factory.annotation.Value;
import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
public class SessionController {

	@Value("${server.port}")
	private String PORT;

	public static void main(String[] args) {
		SpringApplication.run(SessionController.class, args);
	}

	@RequestMapping("/index")
	public String index() {
		return "index:" + PORT;
	}

	/**
	 * 
	 * @methodDesc: 功能描述:(往session存放值)
	 */
	@RequestMapping("/setSession")
	public String setSession(HttpServletRequest request, String sessionKey, String sessionValue) {
		HttpSession session = request.getSession(true);
		session.setAttribute(sessionKey, sessionValue);
		return "success,port:" + PORT;
	}

	/**
	 * 
	 * @methodDesc: 功能描述:(从Session获取值)
	 */
	@RequestMapping("/getSession")
	public String getSession(HttpServletRequest request, String sessionKey) {
		HttpSession session =null;
		try {
		 session = request.getSession(false);
		} catch (Exception e) {
		  e.printStackTrace();
		}
		String value=null;
		if(session!=null){
			value = (String) session.getAttribute(sessionKey);
		}
		return "sessionValue:" + value + ",port:" + PORT;
	}

}

五、高并发解决方案

六、业务数据库 -》 数据水平分割(分区分表分库)、读写分离
七、业务应用 -》 逻辑代码优化(算法优化)、公共数据缓存
八、应用服务器 -》 反向静态代理、配置优化、负载均衡(apache分发，多tomcat实例)
九、系统环境 -》 JVM调优
十、页面优化 -》 减少页面连接数、页面尺寸瘦身
十一、1、动态资源和静态资源分离；
十二、2、CDN；
十三、3、负载均衡；
十四、4、分布式缓存；
十五、5、数据库读写分离或数据切分（垂直或水平）；
十六、6、服务分布式部署。