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基于Upsync模块实现Nginx动态配置

  Upsync是新浪微博开源的基于Nginx实现动态配置的三方模块。Nginx-Upsync-Module的功能是拉取Consul的后端server的列表,并动态更新Nginx的路由信息。此模块不依赖于任何第三方模块。Consul作为Nginx的DB,利用Consul的KV服务,每个Nginx Work进程独立的去拉取各个upstream的配置,并更新各自的路由。

  Upsync模块工作原理在Nginx的设计中,每一个upstream维护了一张静态路由表,存储了backend的ip、port以及其他的meta信息。每次请求到达后,会依据location检索路由表,然后依据具体的调度算法(如round robin )选择一个backend转发请求。但这张路由表是静态的,如果变更后,则必须reload,经常reload的话这对SLA有较大影响。

  为了达到减少reload的目的,大多通过动态更新维护路由表来解决这个问题。通常路由表的维护有Push与Pull两种方式。

  Push方案

  通过Nginx API向Nginx发出请求,操作简单、便利。

  架构图如下:

Nginx架构

  http api除了操作简单、方便,而且实时性好;缺点是有多台Nginx时,不同Nginx路由表的一致性难于保证,如果某一条注册失败,便会造成服务配置的不一致,容错复杂。另外扩容Nginx服务器,需要从其他的Nginx中同步路由表。

  Pull方案

  路由表中所有的backend信息(含meta)存储到Consul,所有的Nginx从Consul拉取相关信息。有变更则更新路由表,利用Consul解决一致性问题,同时利用Consul的wait机制解决实时性问题。利用Consul的index进行增量摘取,解决带宽占用问题。

  在Consul中,一个K/V对代表一个backend信息,增加一个即视作扩容,减少一个即为缩容。调整meta信息,如权重,也可以达到动态流量调整的目的。

  架构图如下:

Consul

  基于动态路由的方案实现

  Upsync模块使用了第二种模式,通过拉取Consul的后端Server的列表,并动态更新Nginx的路由信息。Upsync模块工作流程图如下:

Upsync

  每个Work进程定时的去Consul拉取相应upstream的配置,若Consul发现对应upstream的值没有变化,便会hang住这个请求五分钟(默认值)。在这五分钟内对此upstream的任何操作,都会立刻返回给Nginx对相应路由进行更新。

  upstream变更后,除了更新Nginx的缓存路由信息,还会把本upstream的后端server列表dump到本地,保持本地server信息与consul的一致性。

  除了注册/注销后端的server到consul,会更新到Nginx的upstream路由信息外,对后端server属性的修改也会同步到nginx的upstream路由。

  Upsync模块支持修改的属性有:weight、max_fails、fail_timeout、down。

  修改server的权重可以动态的调整后端的流量。

  若想要临时移除server,可以把server的down属性置为1。

  若要恢复流量,可重新把down置为0。

  每个work进程各自拉取、更新各自的路由表,采用这种方式的原因:

  基于Nginx的进程模型,彼此间数据独立、互不干扰。

  若采用共享内存,需要提前预分配,灵活性可能受限制,而且还需要读写锁,对性能可能存在潜在的影响。

  若采用共享内存,进程间协调去拉取配置,会增加它的复杂性,拉取的稳定性也会受到影响。

  Upsync模块高可用性

  Nginx的后端列表更新依赖于Consul,但是不强依赖于它,具体表现为:

  即使中途Consul意外挂了,也不会影响Nginx的服务,Nginx会沿用最后一次更新的服务列表继续提供服务。

  若Consul重新启动提供服务,这个时候Nginx会继续去Consul探测,这个时候Consul的后端服务列表发生了变化,也会及时的更新到Nginx。

  work进程每次更新都会把后端列表dump到本地,目的是降低对Consul的依赖性,即使在consul不可用时,也可以Reload Nginx。

  Nginx启动流程图如下:

Nginx流程

  Nginx启动时,master进程首先会解析本地的配置文件,解析完成功,接着进行一系列的初始化,之后便会开始work进程的初始化。work初始化时会去Consul拉取配置,进行work进程upstream路由信息的更新,若拉取成功,便直接更新,若拉取失败,便会打开配置的dump后端列表的文件,提取之前dump下来的server信息,进行upstream路由的更新,之后便开始正常的提供服务。

  每次去拉取Consul都会设置连接超时,由于Consul在无更新的情况下默认会hang五分钟,所以响应超时配置时间应大于五分钟。大于五分钟之后,Consul依旧没有返回,便直接做超时处理。

  Upsync模块安装安装ConsulConsul是HashiCorp公司推出的开源工具,用于实现分布式系统的服务发现与配置。

  Upsync最新版本是支持ectd,这里用ectd做为后端存储。有关consule的讲解后面单独来讲。如果你还没有etcd环境,可参考「etcd使用入门」一文搭建一个。

  安装配置Nginx下载对应软件包

  这里使用的是Upsync最新版本,目前支持Nginx 1.9+。nginx-upstream-check-module是Tengine中的模块,主要用于upstream的健康检查。由于nginx-upstream-check-module最新版本只支持1.9.2,所以这里Nginx选用1.9.2。

  $ cd /root

  $ wget ‘http://nginx.org/download/nginx-1.9.2.tar.gz’

  $ git clone https://github.com/weibocom/nginx-upsync-module

  $ git clone https://github.com/xiaokai-wang/nginx_upstream_check_module

  编译安装Nginx

  $ apt-get install libreadline-dev libncurses5-dev libpcre3-dev libssl-dev perl make build-essential

  $ tar xzvf nginx-1.9.2.tar.gz

  $ cd nginx-1.9.2

  $ patch -p0 < ~/nginx_upstream_check_module/check_1.9.2+.patch

  $ ./configure –add-module=/root/nginx_upstream_check_module –add-module=/root/nginx-upsync-module

  $ make && make install

  配置Nginx

  Nginx会默认安装到/usr/local/nginx目录下。

  创建用户和相应目录

  $ useradd -M nginx -s /sbin/nologin

  $ mkdir -p /var/log/nginx

  $ chown -R nginx.nginx /var/log/nginx

  $ mkdir /usr/local/nginx/conf/conf.d

  $ mkdir -p /usr/local/nginx/conf/servers

  修改Nginx主配置文件

  # 备份原配置文件 $ cd /usr/local/nginx $ mv conf/nginx.conf conf/nginx.conf.bak # 修改配置 $ vim /usr/local/nginx/conf/nginx.conf user nginx; worker_processes 5; error_log /var/log/nginx/error.log warn; pid /var/run/nginx.pid; events { worker_connections 1024; } http { include /usr/local/nginx/conf/mime.types; default_type application/octet-stream; log_format main ‘$remote_addr – $remote_user [$time_local] “$request” ‘ ‘$status $body_bytes_sent “$http_referer” ‘ ‘”$http_user_agent” “$http_x_forwarded_for”‘; access_log /var/log/nginx/access.log main; sendfile on; #tcp_nopush on; keepalive_timeout 65; #gzip on; include /usr/local/nginx/conf/conf.d/*.conf; }

  创建站点配置文件

  $ vim /usr/local/nginx/conf/conf.d/site.conf upstream test { # fake server otherwise ngx_http_upstream will report error when startup server 127.0.0.1:11111; # all backend server will pull from consul when startup and will delete fake server # 后端使用consul存储 # upsync 192.168.2.210:8500/v1/kv/upstreams/test upsync_timeout=6m upsync_interval=500ms upsync_type=consul strong_dependency=off; # 后端使用etcd存储 upsync 192.168.2.210:2379/v2/keys/upstreams/test upsync_timeout=6m upsync_interval=500ms upsync_type=etcd strong_dependency=off; upsync_dump_path /usr/local/nginx/conf/servers/servers_test.conf; #配置健康检查 check interval=1000 rise=2 fall=2 timeout=3000 type=http default_down=false; check_http_send “HEAD / HTTP/1.0\r\n\r\n”; check_http_expect_alive http_2xx http_3xx; } upstream bar { server 192.168.2.210:8080 weight=1 fail_timeout=10 max_fails=3; } server { listen 80; location = / { proxy_pass http://test; } location = /bar { proxy_pass http://bar; } location = /upstream_show { upstream_show; } location = /upstream_status { check_status; access_log off; } }

  创建Nginx Systemd服务

  $ vi /lib/systemd/system/nginx.service [Unit] Description=The NGINX HTTP and reverse proxy server Documentation=http://nginx.org/en/docs/ After=syslog.target network.target remote-fs.target nss-lookup.target [Service] Type=forking PIDFile=/var/run/nginx.pid ExecStartPre=/usr/local/nginx/sbin/nginx -t -c /usr/local/nginx/conf/nginx.conf ExecStart=/usr/local/nginx/sbin/nginx -c /usr/local/nginx/conf/nginx.conf ExecReload=/bin/kill -s HUP $MAINPID ExecStop=/bin/kill -s QUIT $MAINPID PrivateTmp=true [Install] WantedBy=multi-user.target

  修改权限及加入开机启动

  $ sudo chmod +x /lib/systemd/system/nginx.service

  $ sudo systemctl enable nginx.service

  现在可以使用下面的指令来管理Nginx服务。

  $ systemctl start nginx.service

  $ systemctl reload nginx.service

  $ systemctl restart nginx.service

  $ systemctl stop nginx.service

  启动Nginx

  $ systemctl start nginx.service

  验证Nginx服务是否正常

  $ systemctl status nginx.service ● nginx.service – The NGINX HTTP and reverse proxy server Loaded: loaded (/lib/systemd/system/nginx.service; disabled; vendor preset: enabled) Active: active (running) since Mon 2017-05-08 10:58:06 CST; 1min 6s ago Docs: http://nginx.org/en/docs/ Process: 22966 ExecStart=/usr/local/nginx/sbin/nginx -c /usr/local/nginx/conf/nginx.conf (code=exited, status=0/SUCCESS) Process: 22963 ExecStartPre=/usr/local/nginx/sbin/nginx -t -c /usr/local/nginx/conf/nginx.conf (code=exited, status=0/SUCCESS) Main PID: 22971 (nginx) Tasks: 6 Memory: 24.5M CPU: 517ms CGroup: /system.slice/nginx.service ├─22971 nginx: master process /usr/local/nginx/sbin/nginx -c /usr/local/nginx/conf/nginx.con ├─22972 nginx: worker process ├─22973 nginx: worker process ├─22974 nginx: worker process ├─22975 nginx: worker process └─22976 nginx: worker process May 08 10:58:06 dev-master-01 systemd[1]: Starting The NGINX HTTP and reverse proxy server… May 08 10:58:06 dev-master-01 nginx[22963]: nginx: the configuration file /usr/local/nginx/conf/nginx.conf syntax is ok May 08 10:58:06 dev-master-01 nginx[22963]: nginx: configuration file /usr/local/nginx/conf/nginx.conf test is successful May 08 10:58:06 dev-master-01 systemd[1]: Started The NGINX HTTP and reverse proxy server.

  如果要单独查看Nginx服务日志,可以使用以下命令:

  $ journalctl -f -u nginx.service

  验证Upsync模块启动一个Web服务这里在Nginx默认站点目录,用Python启动一个SimpleHTTPServer进行验证。

  $ cd /usr/local/nginx/html

  $ python -m SimpleHTTPServer 8080

  后端存储增加数据后端存储使用etcd

  增加一个后端服务器

  $ curl -X PUT http://192.168.2.210:2379/v2/keys/upstreams/test/192.168.2.210:8080

  其它Upstream模块中其它属性的默认值为:weight=1 max_fails=2 fail_timeout=10 down=0 backup=0;。如果你要调整这些值,可以用以下命令格式进行提交:

  $ curl -X PUT -d value=”{\”weight\”:1, \”max_fails\”:2, \”fail_timeout\”:10}” http://

  $etcd_ip:$port/v2/keys/$dir1/$upstream_name/$backend_ip:$backend_port

  删除一个后端服务器

  $ curl -X DELETE http://192.168.2.210:2379/v2/keys/upstreams/test/192.168.2.210:8080

  后端存储使用Consul

  增加一个后端服务器

  $ curl -X PUT http://192.168.2.210:8500/v1/kv/upstreams/test/192.168.2.210:8080

  删除一个后端服务器

  $ curl -X DELETE http://192.168.2.210:8500/v1/kv/upstreams/test/192.168.2.210:8080

  测试站点是否正常访问访问站点

  页面自动根据proxy_pass http://test;成功转到了后端服务器。

  访问upstream列表

  访问upstream状态

  查看添加的后端服务是否被dump到本地


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