Nginx HTTP负载均衡/反向代理的相关参数测试

测试目的

（1）弄清楚HTTP Upstream 模块中Server指令的max_fails与fail_timeout参 数的关系、它们对后端服务器健康情况的检查起到了什么作用、它们的取值对Http proxy模块中的其它指令是否有直接或间接的影响等……

（2）测试HTTP Proxy模块中proxy_next_upstream、proxy_connect_timeout、proxy_read_timeout、 proxy_send_timeout指令的作用、对nginx性能的影响、对后端服务器响应的处理等……

测试方法

本文测试不会使用压力测试，所有的测试都是通过浏览器手动刷新来实现的。后端服务器使用简单的php程序来实现。

测试环境

Nginx负载均衡/反向代理服务器
系统：CentOS 5.4 64bit
Nginx：0.7.65
IP:192.168.108.10

后端web服务器
系统：CentOS 5.4 64bit
Web环境：apache+php
Web-1 IP:192.168.108.163
Web-2 IP:192.168.108.164

本次测试主要针对HTTP Upstream和HTTP Proxy模块进行，下面测试环境中http upstream 和http proxy模块参数的初始化设置，后文会针对测试的参数进行相应的修改：

…
upstream test   {
server 192.168.108.163 ;
server 192.168.108.164: 80;
}

server {
listen           80;
server_name     .test.com;
index           index.php index.html index.htm;

location / {
proxy_next_upstream error timeout invalid_header http_500 http_502 http_503 http_504 http_404;

proxy_connect_timeout       10s;
proxy_read_timeout           2s;
#proxy_send_timeout          10s;
proxy_pass http: // test;
}
}
…

提出server指令后面的参数部分，以下摘抄nginx wiki 内容

语法：server name [parameters]

parameters包 含：

·weight = NUMBER - 设置服务器权重，默认为1。

·max_fails = NUMBER - 在一定时间内（这个时间在fail_timeout参数中设置）检查这个服务器是否可用时产生的最多失败请求数，默认为1，将其设置为0可以关闭检查，这 些错误在proxy_next_upstream或fastcgi_next_upstream（404错误不会使max_fails增加）中定义。

·fail_timeout = TIME - 在这个时间内产生了max_fails所设置大小的失败尝试连接请求后这个服务器可能不可用，同样它指定了服务器不可用的时间（在下一次尝试连接请求发起 之前），默认为10秒，fail_timeout与前端响应时间没有直接关系，不过可以使用proxy_connect_timeout和 proxy_read_timeout来控制。

·down - 标记服务器处于离线状态，通常和ip_hash一起使用。

·backup - (0.6.7或更高)只用于本服务器，如果所有的非备份服务器都宕机或繁忙。

关于max_fails 参数的理解：根 据上面的解释，max_fails默认为1，fail_timeout默 认为10秒，也就是说，默认情况下后端服务器在10秒钟之内可以容许有一次的失 败，如果超过1次则视为该服务器有问题，将该服务器标记为不可用。等待10秒后再 将请求发给该服务器，以此类推进行后端服务器的健康检查。但如果我将max_fails设置为0， 则代表不对后端服务器进行健康检查，这样一来fail_timeout参数也就没什么意义了。那若后端服务器真的出现 问题怎么办呢？上文也说了，可以借助proxy_connect_timeout和proxy_read_timeout进 行控制。

下面介绍http proxy模块中的相关指令：

proxy_next_upstream
语法： proxy_next_upstream [error|timeout|invalid_header|http_500|http_502|http_503|http_504|http_404|off]
确定在何种情况下请求将转发到下一个服务器。转发请求只发生在没有数据传递到客户端的过程中。

proxy_connect_timeout
后端服务器连接的超时时间_发起握手等候响应超时时间

proxy_read_timeout
连接成功后_等候后端服务器响应时间_其实已经进入后端的排队之中等候处理（也可以说是后端服务器处理请求的时间）

proxy_send_timeout
后端服务器数据回传时间_就是在规定时间之内后端服务器必须传完所有的数据

proxy_pass
这个指令设置被代理服务器的地址和被映射的URI

开始测试

情况1：后端程序执行时间超过或等于proxy_read_timeout设 置值，max_fails=0 关闭后端服务器健康检查。

Nginx配置修改内容	server 192.168.108.163 max_fails = 0; server 192.168.108.164 max_fails = 0; proxy_next_upstream error timeout proxy_read_timeout 2s
后端web服务器
Web1 test.php	Web2 test.php
<?php header('RS:Web1'); $t = 2; sleep($t); echo "sleep {$t}s<br>"; echo "web-1<br>"; ?>	<?php header('RS:Web2'); $t = 5; sleep($t); echo "sleep {$t}s<br>"; echo "web-2<br>"; ?>
备注： 我这里的两台后端web服务器，他们的主页文件均为一个test.php程序，该程序分别sleep了2秒和5秒，等于和超过了 proxy_read_timeout的时间，[max_fails=0] 即关闭后端服务器健康检查。[proxy_next_upstream error timeout] 说明碰到错误或超时的情况切到下一个后端服务器。如此设置后利用curl命令对nginx发起连接请求，看nginx会作何反应。
测试开始： （1）curl -I -w %{time_total}:%{time_connect}:%{time_starttransfer} www.test.com/test.php HTTP/1.1 504 Gateway Time-out Server: nginx/0.7.65 Date: Tue, 18 May 2010 02:43:08 GMT Content-Type: text/html; charset=utf-8 Content-Length: 183 Connection: keep-alive 4.008:0.002:4.007 说明： 连续请求3次后得到的http返回结果是一样的，均为504 Gateway Time-out 错误。这种情况只有在后端服务器都有问题的时才会出现这个错误，很显然我这里的proxy_read_timeout设置的时间太短，后端程序还没来得及 把程序执行完，nginx就迫不及待的将请求甩给upstream定义的另一台服务器上了，当发现另外一台服务器同样2秒没有返回后，nginx这回没有 服务器可用，只有返回504 Gateway Time-out 。这也是为什么最后的time_total时间是4秒。（经查看两台web服务器的访问日志得知，均有一条访问记录，且返回代码为200，说明nginx 确实来过，但没有等到执行完成就匆匆的离去了）如果我有3台服务器，在保证任何不变的情况下，time_total时间一定会是6秒，因为nginx会一 个接一个的将3台服务器都走一遍。 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 好了，确认是我proxy_read_timeout设置时间太短后，我将它的值设置为3秒，再通过curl命令访问： （2）curl -I -w %{time_total}:%{time_connect}:%{time_starttransfer} www.test.com/test.php HTTP/1.1 200 OK Server: nginx/0.7.65 Date: Tue, 18 May 2010 03:07:58 GMT Content-Type: text/html; charset=UTF-8 Connection: keep-alive Vary: Accept-Encoding X-Powered-By: PHP/5.1.6 RS: Web1 5.042:0.005:5.042 说明：通过3次连续请求，得到的结果是一样的，RS:Web1 也就是说我这三次的请求都甩到了web1上。但我web1中的程序只需要2秒后就可以返回结果，但为什么我通过nginx代理后时间总是我的 程序执行时间+proxy_read_timeout时间呢？ ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 继续将proxy_read_timeout设置为4s （3）curl -I -w %{time_total}:%{time_connect}:%{time_starttransfer} www.test.com/test.php HTTP/1.1 200 OK Server: nginx/0.7.65 Date: Tue, 18 May 2010 03:15:25 GMT Content-Type: text/html; charset=UTF-8 Connection: keep-alive Vary: Accept-Encoding X-Powered-By: PHP/5.1.6 RS: Web1 6.004:0.000:6.004 三次请求后结果也是一样，这次花的时间更长了，但确实是程序执行时 间+proxy_read_timeout 时间。但为什么每次都需要6秒呢？按照upstream中定义的权重应该是平分请求的，最起码 应该有2秒的时候。经过分析得知：最终返回给用户请求的是web1，那么当再次请求的时候一定会分给web2，由于web2是sleep 5秒的，因此经过proxy_read_timeout的时间（4s）后会跳到web1，结果还是web1返回的请求，所花时间就是nginx在web2 等待的时间+web1执行的时间，以此类推下一次nginx自然的还会分给web2……。如果有更多的后端web，则判断下一个请求服务器可以看当前返回 给最终用户的是那台服务器，然后根据upstream中定义的顺序向下查询（权重一样的情况）
结论： （1）上面的三次测试分别将proxy_read_timeout的值设置为2s、3s、4s的情况进行的。最终的测试结果也都在后面做了解释与说 明。由于我关闭了后端服务器的健康检查（max_fails=0）因此判断后端服务器情况的唯一依据便是proxy_read_timeout参数，如果 这个参数设置得过小，但后端程序的执行或多或少会超过这个时间的话，这种情况nginx的效率是非常低的。 （2）上面的测试都是后端服务器正常但执行超时的情况下nginx根据proxy_read_timeout和 proxy_next_upstream的值来选择下一个服务器，那如果我后端服务器直接报错的情况呢？可以想到如果报错信息在 proxy_next_upstream 中有定义的话nginx还会跳到下一台服务器。否则直接将保存信息返回给nginx从而最终呈献给用户

情况2：打开后端服务器健康检查，测试程序执行时间超过或等于proxy_read_timeout值或后端服务器直接报错的情况

Nginx配置修改内容	server 192.168.108.163 max_fails = 1; server 192.168.108.164 max_fails = 1; proxy_next_upstream error timeout http_500 http_502 http_504 proxy_read_timeout 2s
后端web服务器
Web1 test.php		Web2 test.php
<?php header('RS:Web1'); $t = 2; sleep($t); echo "sleep {$t}s<br>"; echo "web-1<br>"; ?>		<?php header('RS:Web2'); header('http/1.1 500 Internal Server Error '); #$t = 5; #sleep($t); echo "sleep {$t}s<br>"; echo "web-2<br>"; ?>
备注： 开启了后端服务器健康检查 proxy_read_timeout 2s （下面会随着测试变更） Web1程序仍然sleep 2s 修改了Web2程序，让他直接返回500错误
测试开始： （1）连续测试三次结果如下： curl -I -w %{time_total}:%{time_connect}:%{time_starttransfer} www.test.com/test.php HTTP/1.1 504 Gateway Time-out Server: nginx/0.7.65 Date: Tue, 18 May 2010 07:01:48 GMT Content-Type: text/html; charset=utf-8 Content-Length: 183 Connection: keep-alive 2.005:0.001:2.005 curl -I -w %{time_total}:%{time_connect}:%{time_starttransfer} www.test.com/test.php HTTP/1.1 502 Bad Gateway Server: nginx/0.7.65 Date: Tue, 18 May 2010 07:01:50 GMT Content-Type: text/html; charset=utf-8 Content-Length: 173 Connection: keep-alive 0.001:0.001:0.001 curl -I -w %{time_total}:%{time_connect}:%{time_starttransfer} www.test.com/test.php HTTP/1.1 504 Gateway Time-out Server: nginx/0.7.65 Date: Tue, 18 May 2010 07:01:57 GMT Content-Type: text/html; charset=utf-8 Content-Length: 183 Connection: keep-alive 2.005:0.001:2.005 说明： 第1次请求所用时间是2秒，web1执行超时，web2返回了500错误，upstream没有更多的后端，因此nginx直接把504扔出来了， 同时标记web2，web1不可用。查看后端2台web服务器的访问日志，均有nginx代理的访问记录。 第2次请求时间很短，报502错误，说明没有可用的后端服务器接受请求。查看后端两台web服务器访问日志，没有任何变化，说明这两台服务器被nginx 标记为不可用，没有把请求转向后端，直接返回用户502错误 第3次请求同第1次 （2）修改 proxy_read_timeout 3s 连续访问6次后结果以及2台web服务器的日志情况 curl -I -w %{time_total}:%{time_connect}:%{time_starttransfer} www.test.com/test.php HTTP/1.1 200 OK Server: nginx/0.7.65 Date: Tue, 18 May 2010 07:30:15 GMT Content-Type: text/html; charset=UTF-8 Connection: keep-alive Vary: Accept-Encoding X-Powered-By: PHP/5.1.6 RS: Web1 2.003:0.001:2.002 访问日志 Web1 [18/May/2010:15:30:00 [18/May/2010:15:30:03 [18/May/2010:15:30:05 [18/May/2010:15:30:08 [18/May/2010:15:30:11 [18/May/2010:15:30:13 Web2 [18/May/2010:15:30:00 [18/May/2010:15:30:11 说明： 由访问日志可知： 第1次请求是被分到web2上的，由于它返回了500错误，因此请求被转到web1，并标记web2不可用。 第2次至第4次均将请求给了web1，第四次请求完毕后距第一请求已经过去了8秒。 第5次请求时已经是fail_timeout参数默认的10s也就是标记web2不可用的时间已经过去了，因此在第5 次访问实际上和第一次情况是一样的。
结论： （1）proxy_next_upstream参数很有用，他可以避免很多 错误 （2）max_fails 参数在繁忙的大型系统中建议设置为3，如果没有几个后端服务器的话保持默认即可。 （3）proxy_read_timeout要根据自身程序而定，不要过大，也不 要太小。如果是php程序，请参照php.ini中的max_execution_time选项值。