Nginx详解 第五部分：Ngnix反向代理（负载均衡 动静分离 缓存 透传 ）

一、正向代理与反向代理

1.1 正向代理简介

什么是正向代理？

正向代理代理的是客户端。

客户端设备要访问局域网以外的 Internet 时，需在客户端浏览器中配置代理服务器，然后通过代理服 务器来进行访问，将访问到的局域网以外的 Internet 网站内容返回给客户端，而不是通过局域网中的客 户端设备直接访问。

正向代理的用途

访问原来无法访问的资源；

可做缓存，加速访问资源；

对客户端访问授权，上网进行认证；

代理可以记录用户访问记录等，且对外隐藏用户信息。

简单配置

server {listen 80;server_name ....;#客户端访问的域名或IP地址location / {proxy_pass http://目标服务器地址;}}

1.2 反向代理简介

官方文档https://nginx.org/en/docs/http/ngx_http_proxy_module.html#proxy_pass 

什么是反向代理？

反向代理代理的是服务端。

在使用反向代理时，客户端向一个服务器发送请求，而实际上该请求会被转发到后端的多个真实服务器（也称为上游服务器），然后由反向代理服务器来处理请求并将结果返回给客户端。

客户端不直接与后端服务器进行通信，而是与反向代理服务器进行通信,隐藏了后端服务器的 IP 地址。

反向代理能实现的功能

反向代理的主要作用是提供负载均衡和高可用性。

负载均衡：Nginx可以将传入的请求分发给多个后端服务器，以平衡服务器的负载，提高系统性能和可靠性。

缓存功能：Nginx可以缓存静态文件或动态页面，减轻服务器的负载，提高响应速度。

动静分离：将动态生成的内容（如 PHP、Python、Node.js 等）和静态资源（如 HTML、CSS、JavaScript、图片、视频等）分别存放在不同的服务器或路径上。

多站点代理：Nginx可以代理多个域名或虚拟主机，将不同的请求转发到不同的后端服务器上，实现多个站点的共享端口。

反向代理的可用模块

ngx_http_proxy_module     
#将客户端的请求以http协议转发至指定服务器进行处理
ngx_http_upstream_module 
#用于定义为proxy_pass,fastcgi_pass,uwsgi_pass等指令引用的后端服务器分组
ngx_stream_proxy_module  
#将客户端的请求以tcp协议转发至指定服务器处理
ngx_http_fastcgi_module  
#将客户端对php的请求以fastcgi协议转发至指定服务器助理
ngx_http_uwsgi_module    
#将客户端对Python的请求以uwsgi协议转发至指定服务器处理

二、配置反向代理

2.1 反向代理配置参数

2.1.1 proxy_pass

proxy_pass 地址：端口的方式 ;  
#用来设置将客户端请求转发给的后端服务器的主机，可以是主机名(将转发至后端服务做为主机头首部)、IP
#也可以代理到预先设置的主机群组，需要模块ngx_http_upstream_module支持

#如果location定义其uri时使用了正则表达式模式(包括~,~*,但不包括^~)，则proxy_pass之后必须不能使用uri; 即不能有/ ,用户请求时传递的uri将直接附加至后端服务器之后

proxy_pass http://10.0.0.18:8080; 和 
proxy_pass http://10.0.0.18:8080/;主要有以下区别：1. 尾部斜杠的处理：在 `proxy_pass` 指令中，尾部斜杠的有无会影响代理的行为。当 `proxy_pass` 后跟一个斜杠 `/` 时，表示将请求的 URI 附加到代理服务器的地址后面。而当 `proxy_pass` 后没有斜杠时，请求的 URI 将被完全忽略，并将直接转发到指定的代理服务器。- `proxy_pass http://10.0.0.18:8080;`：请求将直接转发到 `http://10.0.0.18:8080`，不附加任何 URI。- `proxy_pass http://10.0.0.18:8080/;`：请求将被附加上原始 URI，并转发到 `http://10.0.0.18:8080`。2. 请求路径的保留：当使用 `proxy_pass` 指令时，代理服务器会保留原始请求的路径信息。这意味着，无论使用哪种形式，原始请求的路径将被传递到目标服务器。只是在转发时是否附加原始路径的处理不同。

2.1.2 其余参数

proxy_hide_header field;
#用于nginx作为反向代理的时候，在返回给客户端http响应时，隐藏后端服务器相应头部的信息，可以设置proxy_pass_header field;
#默认nginx在响应报文中不传递后端服务器的首部字段Date, Server, X-Pad, X-Accel等参数，如果
要传递的话则要使用 proxy_pass_header field声明将后端服务器返回的值传递给客户端
#field 首部字段大小不敏感
#示例:透传后端服务器的Server和Date首部给客户端,同时不再响应报中显示前端服务器的Server字段`
proxy_pass_header Server;
proxy_pass_header Date;proxy_pass_request_body on | off; 
#是否向后端服务器发送HTTP实体部分,可以设置在http,server或location块，默认即为开启proxy_pass_request_headers on | off; 
#是否将客户端的请求头部转发给后端服务器，可以设置在http,server或location块，默认即为开启

2.2 配置实例:反向代理单台web服务器

配置部分

7-1   代理服务器 vim /apps/nginx/conf.d/computer.conf
#添加
location  / {proxy_pass http://192.168.2.102;
}

7-2   真实服务器 yum  install   httpd  -y #安装服务cd  /var/www/html
echo   "Hello World"  > index.html #主页内容systemctl	start httpd #开启服务

7-3   客户机vim  /etc/hosts
192.168.2.100  www.byyb.com

测试部分

7-3（客户端）访问 7-2（代理服务器）

curl 192.168.2.100

2.3 代理转发

要求：将用户对域 www.byyb.com的请求转发给后端服务器处理

7-1 代理服务器vim /apps/nginx/conf.d/comupter.conf
#添加
location ~* / {proxy_pass http://192.168.2.102;}
#用正则表达式 后面不能用 / ，

三、反向代理实现动静分离

因为nginx无法处理动态资源，所以要动静分离。

指定location 实现反向代理 动静分离。

配置部分

7-1 代理服务器编辑子配置文件
vim /apps/nginx/conf.d/computer.conf

7-2 动态资源服务器#关闭防火墙和selinux
systemctl stop firewalld
setenforce 0#安装服务
yum install -y epel-release #依赖
yum install nginx -y 
systemctl start nginx #创建动态资源目录
cd /usr/share/nginx/html
mkdir api
echo api > ./api/index.html

7-4 静态资源服务器#关闭防火墙和selinux
systemctl stop firewalld ; setenforce 0#安装服务
yum install -y epel-release #依赖
yum install nginx -y 
systemctl start nginx #创建静态资源目录
cd /usr/share/nginx/html
mkdir static
echo static > ./static/index.html

测试部分

7-3客户端#关闭防火墙和selinux
systemctl stop firewalld ; setenforce 0#动态资源
curl 192.168.2.100/api -L#静态资源
curl 192.168.2.100/static -L

四、缓存功能

反向代理可以缓存静态资源，如图片、CSS和JavaScript文件等。

当客户端再次请求相同资源时，反向代理可以直接返回缓存中的响应，减少对后端服务器的请求压力，并加快响应速度。

proxy_cache zone_name | off; 默认off
#指明调用的缓存，或关闭缓存机制;Context:http, server, location
#zone_name 表示缓存的名称.需要由proxy_cache_path事先定义proxy_cache_key string;
#缓存中用于“键”的内容，默认值：proxy_cache_key $scheme$proxy_host$request_uri;proxy_cache_valid [code ...] time;
#定义对特定响应码的响应内容的缓存时长，定义在http{...}中示例:proxy_cache_valid 200 302 10m;proxy_cache_valid 404 1m;proxy_cache_path;
#定义可用于proxy功能的缓存;Context:http 
proxy_cache_path path [levels=levels] [use_temp_path=on|off] 
keys_zone=zone_name:size [inactive=time] [max_size=size] [manager_files=number] 
[manager_sleep=time] [manager_threshold=time] [loader_files=number] 
[loader_sleep=time] [loader_threshold=time] [purger=on|off] 
[purger_files=number] [purger_sleep=time] [purger_threshold=time];#示例：在http配置定义缓存信息proxy_cache_path /var/cache/nginx/proxy_cache #定义缓存保存路径，proxy_cache会自动创建levels=1:2:2 #定义缓存目录结构层次，1:2:2可以生成2^4x2^8x2^8=2^20=1048576个目录keys_zone=proxycache:20m #指内存中缓存的大小，主要用于存放key和metadata（如：使用次数）,一般1M可存放8000个左右的keyinactive=120s  #缓存有效时间  max_size=10g; #最大磁盘占用空间，磁盘存入文件内容的缓存空间最大值#调用缓存功能，需要定义在相应的配置段，如server{...};或者location等
proxy_cache proxycache;
proxy_cache_key $request_uri; #对指定的数据进行MD5的运算做为缓存的key
proxy_cache_valid 200 302 301 10m; #指定的状态码返回的数据缓存多长时间
proxy_cache_valid any 1m;   #除指定的状态码返回的数据以外的缓存多长时间,必须设置,否则不会缓存proxy_cache_use_stale error | timeout | invalid_header | updating | http_500 | 
http_502 | http_503 | http_504 | http_403 | http_404 | off ; #默认是off
#在被代理的后端服务器出现哪种情况下，可直接使用过期的缓存响应客户端
#示例
proxy_cache_use_stale error http_502 http_503;proxy_cache_methods GET | HEAD | POST ...;
#对哪些客户端请求方法对应的响应进行缓存，GET和HEAD方法总是被缓存

proxy_cache_path /data/nginx/proyxcache   levels=1:1:1 keys_zone=proxycache:20m inactive=120s max_size=1g;#上面那段写在 http语句:1:1  16个二进制server {listen 80;proxy_cache proxycache;proxy_cache_key $request_uri;#proxy_cache_key $host$uri$is_args$args;proxy_cache_valid 200 302 301 10m;proxy_cache_valid any 5m;server_name www.kgc.com;root /data/nginx/pc;location / {root /data/nginx/pc;}location /api {proxy_pass http://192.168.91.101:9527;}location ~* \.(jpg|png|gif|html)$ {proxy_pass http://192.168.91.102;}}

五、反向代理客户端的IP透传

5.1 原理概述

反向代理客户端IP透传是指在使用反向代理服务器时，将客户端的真实IP地址传递给后端服务器。

这可以通过一些特定的 HTTP 头字段来实现，比如 X-Forwarded-For (XFF) 头字段。

当请求经过反向代理服务器时，代理服务器会将客户端的真实IP地址添加到 XFF 头字段中，然后转发给后端服务器。

5.2 一级代理

配置部分

7-1 代理服务器#编辑子配置文件
vim /apps/nginx/conf.d/computer.conf
#修改location部分location / {index index.html index.php;root /data/nginx/html/pc;proxy_pass http://192.168.2.102;proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;}
}
#####
`$proxy_add_x_forwarded_for` 是一个 nginx 变量，用于获取客户端的真实 IP 地址并将其添加到请求中的 `X-Forwarded-For` 头字段中，后端服务器可以通过检查该头字段来获取请求的真实客户端 IP 地址。`X-Forwarded-For` 头字段是一个常用的 HTTP 请求头，用于指示请求的真实客户端 IP 地址。

7-2 后端服务器#关闭防火墙和selinux
systemctl stop firewalld
setenforce 0#安装服务
yum install -y epel-release #依赖
yum install nginx -y 
systemctl start nginx 

测试部分

7-3客户端，访问代理服务器
curl 192.168.2.100

7-2 后端服务器，查看日志
cat /var/log/nginx/access.log | tail -n -2

5.3 多级代理

7-3 客户端     192.168.2.1037-2 真实服务器   192.168.2.1027-1 第1个代理服务器   192.168.2.1007-4 第2个代理服务器   192.168.2.74 

配置部分

7-1 一级代理服务器#编辑子配置文件
vim /apps/nginx/conf.d/computer.conf
#反向代理指向7-4的IP

nginx -t  #语法检查
nginx -s reload #重载

7-4 二级代理服务器#yum安装nginx
#编辑主配置文件
vi /etc/nginx/nginx.confserver {
location / {
proxy_pass http://192.168.2.102;
proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
}

nginx -t  #语法检查
nginx -s reload #重载

7-2 后端服务器#关闭防火墙和selinux
systemctl stop firewalld
setenforce 0#安装服务
yum install -y epel-release #依赖
yum install nginx -y 
systemctl start nginx 

测试部分

7-3客户端，访问代理服务器
curl 192.168.2.100

7-2 后端服务器，查看日志
cat /var/log/nginx/access.log | tail -n -1

六、反向代理负载均衡

Nginx 可以基于ngx_http_upstream_module模块提供服务器分组转发、权重分配、状态监测、调度算法等高级功能。

官方文档
https://nginx.org/en/docs/http/ngx_http_up

6.1 工作原理

Nginx负载均衡通过将传入的请求分发到多个后端服务器来实现负载均衡。

它可以根据不同的调度算法（如轮询、IP哈希、最小连接数等）将请求分发到后端服务器。

6.2 部分配置参数

server address [parameters];
#配置一个后端web服务器，配置在upstream内，至少要有一个server服务器配置。
#server支持的parameters如下：weight=number #设置权重，默认为1,实现类似于LVS中的WRR,WLC等max_conns=number  #给当前后端server设置最大活动链接数，默认为0表示没有限制
max_fails=number  #后端服务器的下线条件,当客户端访问时,对本次调度选中的后端服务器连续进行检测多少次,如果都失败就标记为不可用,默认为1次,当客户端访问时,才会利用TCP触发对探测后端服务器健康性检查,而非周期性的探测fail_timeout=time #后端服务器的上线条件,对已经检测到处于不可用的后端服务器,每隔此时间间隔再次进行检测是否恢复可用，如果发现可用,则将后端服务器参与调度,默认为10秒sorry server   自己不能转自己down    #标记为down状态resolve #当server定义的是主机名的时候，当A记录发生变化会自动应用新IP而不用重启Nginx

backup  #设置为备份服务器，当所有后端服务器不可用时,才会启用此备用服务器 upstream backend {server backend1.example.com;server backend2.example.com backup;server backend3.example.com;
}

6.3 调度算法

1）轮询（Round Robin）：这是默认的调度算法，Nginx依次分配每个请求给后端服务器，实现简单且公平的请求分发。

http {upstream backend {server backend1.example.com;server backend2.example.com;}server {listen 80;location / {proxy_pass http://backend;}}
}

2）加权轮询（Weighted Round Robin）：通过为每个后端服务器指定一个权重，根据权重比例来分配请求。具有更高权重的服务器将获得更多的请求。

http {upstream backend {server backend1.example.com weight=3;server backend2.example.com weight=1;}server {listen 80;location / {proxy_pass http://backend;}}}

3）IP Hash：根据客户端的IP地址进行散列，将同一IP的请求分配给同一台后端服务器，实现会话保持。

http {upstream backend {ip_hash;server backend1.example.com;server backend2.example.com;}server {listen 80;location / {proxy_pass http://backend;}}
}

4）URL哈希（URL Hash）：基于请求的URL进行散列计算，将相同URL的请求分发到同一台后端服务器，用于缓存或会话的需要。

http {upstream backend {hash $request_uri;server backend1.example.com;server backend2.example.com;}server {listen 80;location / {proxy_pass http://backend;}}
}

5）参数哈希（Parameter Hash）：基于请求的特定参数进行散列计算，将具有相同参数值的请求分发到同一台后端服务器。

6）最小连接数（Least Connections）：将请求分发给连接数最少的服务器，以确保服务器的负载尽可能均衡。

http {upstream backend {least_conn;server backend1.example.com;server backend2.example.com;}server {listen 80;location / {proxy_pass http://backend;}}
}

7）最少响应时间（Least Time）：根据服务器的响应时间进行选择，将请求分配给响应时间最短的服务器。

6.4 配置实例

要启用负载均衡，需要在Nginx主配置文件中添加一个upstream块来定义后端服务器的列表。

然后，在相应的location块中使用proxy_pass指令指定负载均衡的上游服务器。

6.4.1 使用轮询算法

配置部分

以后端服务器7-2和7-4为例

7-2 ：192.168.2.100

7-4：192.168.2.104

7-1 代理服务器#主配置文件中 http部分  写在日志下面
#先定义group1组vim /apps/nginx/conf/nginx.confupstream group1{server 192.168.2.102;server 192.168.2.104;
}

#修改子配置文件
#修改location部分，加入pass_proxy http://group1/;

测试部分

#清空7-2和7-4的access.log
echo " " > /var/log/nginx/access.log#实时追踪日志
tail -f /var/log/nginx/access.log#切换到客户端，多次访问代理服务器7-1
curl 192.168.2.100 
#访问n次，观察7-2和7-4的日志

6.3.2 使用加权轮询

配置部分

7-1 代理服务器#修改主配置文件
vim /apps/nginx/conf/nginx.confupstream group1{server 192.168.2.102 weight=3;server 192.168.2.104 weight=1;
}

测试部分

#清空7-2和7-4的access.log
echo " " > /var/log/nginx/access.log#实时追踪日志
tail -f /var/log/nginx/access.log#切换到客户端，多次访问代理服务器7-1
curl 192.168.2.100 
#访问n次，观察7-2和7-4的日志

6.3.3 备份-----使用backup参数

当所有后端服务器不可用时,才会启用此备用服务器

配置部分

7-1 代理服务器#修改主配置文件
vim /apps/nginx/conf/nginx.confupstream group1{server 192.168.2.102 ;server 192.168.2.104 backup;
}
#104为备

7-2 后端服务器 主
#修改主页
echo "State Visit BYYB" > /usr/share/nginx/html/index.html

7-4 后端服务器作为备份服务器#修改主页
echo "State Backup BYYB" > /usr/share/nginx/html/index.html

测试部分

浏览器访问
192.168.2.100

关闭7-2，再次访问，观察变化