Nginx负载均衡中后端节点服务器健康检查的操作梳理

Nginx负载均衡中后端节点服务器健康检查的操作梳理

 

 

正常情况下，nginx做反向代理，如果后端节点服务器宕掉的话，nginx默认是不能把这台realserver踢出upstream负载集群的，所以还会有请求转发到后端的这台realserver上面，这样势必造成网站访问故障。虽然nginx可以在localtion中启用proxy_next_upstream来解决返回给用户的错误页面，如下：

1
2
3
4
5
6
7
8
例如公司的网站访问的时候全部变成404页面，最好发现是后端的一台服务器不可用，直接访问那台后台的服务器的时候，返回的是404页面，因为upstream 里面设置了ip_hash。所以导致访问网站时怎么刷新都是404页面。这时可以使用nginx的一个功能，就是当后端的服务器返回给nginx502、504、404、执行超时等错误状态的时候，nginx会自动再把这个请求转发到upstream里面别的服务器上面，从而给网站用户提供更稳定的服务。
配置如下：
location /
{
#如果后端的服务器返回502、504、执行超时等错误，自动将请求转发到upstream负载均衡池中的另一台服务器，实现故障转移。
proxy_next_upstream http_502 http_504 http_404 error timeout invalid_header;
}
这样的话，也算是保障了后端服务器的一个高可用性。（下面实例配置中会用到）

以上的配置大家可以参考一下，但这个还是会把请求转发给这台服务器的，然后再转发给别的服务器，这样以来就浪费了一次转发，对于网站性能来说也不是最佳理想的方案。为了避免上面说顾虑的情况，可以对nginx后方realserver的健康状态进行检查，如果发现后端服务器不可用，则请求不转发到这台服务器。
目前主要有三种方式可以实现对nginx负载均衡的后端节点服务器进行健康检查：
1）ngx_http_proxy_module模块和ngx_http_upstream_module模块（这是nginx自带模块）
    参考地址：http://nginx.org/en/docs/http/ngx_http_proxy_module.html#proxy_next_upstream
2）nginx_upstream_check_module模块（淘宝技术团队开发）
    参考地址：https://github.com/yaoweibin/nginx_upstream_check_module
3）ngx_http_healthcheck_module模块
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

一、利用nginx自带模块ngx_http_proxy_module和ngx_http_upstream_module对后端节点做健康检查
严格来说，nginx自带是没有针对负载均衡后端节点的健康检查的，但是可以通过默认自带的ngx_http_proxy_module模块和ngx_http_upstream_module模块中的相关指令来完成当后端节点出现故障时，自动切换到健康节点来提供访问。下面列出这两个模块中相关的指令：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
1）ngx_http_proxy_module模块中的 proxy_connect_timeout指令、proxy_read_timeout指令和proxy_next_upstream指令
语法:   proxy_connect_timeout time;
默认值:  proxy_connect_timeout 60s;
上下文:  http, server, location
设置与后端服务器建立连接的超时时间。应该注意这个超时一般不可能大于75秒。
  
语法: proxy_read_timeout time;
默认值:  proxy_read_timeout 60s;
上下文:  http, server, location
定义从后端服务器读取响应的超时。此超时是指相邻两次读操作之间的最长时间间隔，而不是整个响应传输完成的最长时间。如果后端服务器在超时时间段内没有传输任何数据，连接将被关闭。
  
---------------------------------------------------------------------------------------
语法: proxy_next_upstream error | timeout | invalid_header | http_500 | http_502 | http_503 | http_504 |http_404 | off ...;
默认值:  proxy_next_upstream error timeout;
上下文:  http, server, location
指定在何种情况下一个失败的请求应该被发送到下一台后端服务器：
  
error      和后端服务器建立连接时，或者向后端服务器发送请求时，或者从后端服务器接收响应头时，出现错误
timeout    和后端服务器建立连接时，或者向后端服务器发送请求时，或者从后端服务器接收响应头时，出现超时
invalid_header  后端服务器返回空响应或者非法响应头
http_500   后端服务器返回的响应状态码为500
http_502   后端服务器返回的响应状态码为502
http_503   后端服务器返回的响应状态码为503
http_504   后端服务器返回的响应状态码为504
http_404   后端服务器返回的响应状态码为404
off        停止将请求发送给下一台后端服务器
  
需要理解一点的是，只有在没有向客户端发送任何数据以前，将请求转给下一台后端服务器才是可行的。也就是说，如果在传输响应到客户端时出现错误或者超时，这类错误是不可能恢复的。
  
范例如下（这个在文档开头已介绍）：
  
http {
proxy_next_upstream http_502 http_504 http_404 error timeout invalid_header;
}
---------------------------------------------------------------------------------------
  
2）ngx_http_upstream_module模块中的server指令
语法: server address [parameters];
默认值:  ―
上下文:  upstream
  
范例如下：
   upstream name {
      server 10.1.1.110:8080 max_fails=1 fail_timeout=10s;
      server 10.1.1.122:8080 max_fails=1 fail_timeout=10s;
        }
  
--------------指令参数解释----------------
max_fails=number   设定Nginx与服务器通信的尝试失败的次数。在fail_timeout参数定义的时间段内，如果失败的次数达到此值，Nginx就认为服务器不可用。在下一个fail_timeout时间段，服务器不会再被尝试。
                   失败的尝试次数默认是1。设为0就会停止统计尝试次数，即不对后端节点进行健康检查。认为服务器是一直可用的。
  
fail_timeout=time  设定服务器被认为不可用的时间段以及统计失败尝试次数的时间段。在这段时间中，服务器失败次数达到指定的尝试次数，服务器就被认为不可用。
                   默认情况下，该超时时间是10秒。
  
在实际应用当中：
1）如果后端应用是能够快速重启的应用，比如nginx的话，自带的模块是可以满足需求的。
   但是需要注意，如果后端有不健康节点，负载均衡器依然会先把该请求转发给该不健康节点，然后再转发给别的节点，这样就会浪费一次转发。
2）如果当后端应用重启时，重启操作需要很久才能完成的时候就会有可能拖死整个负载均衡器。
   此时，由于无法准确判断节点健康状态，导致请求handle住，出现假死状态，最终整个负载均衡器上的所有节点都无法正常响应请求。
  
比如公司的业务程序是java开发的，因此后端主要是nginx集群和tomcat集群。由于tomcat重启应部署上面的业务不同，有些业务启动初始化时间过长，就会导致上述现象的发生，因此不是很建议使用该模式。
并且ngx_http_upstream_module模块中的server指令中的max_fails参数设置值，也会和ngx_http_proxy_module 模块中的的proxy_next_upstream指令设置起冲突。
如果将max_fails设置为0，则代表不对后端服务器进行健康检查，这样还会使fail_timeout参数失效（即不起作用）。
此时判断后端服务器情况的唯一依据便是ngx_http_proxy_module模块中的proxy_connect_timeout指令和proxy_read_timeout指令，通过将它们的值调低来发现不健康节点，进而将请求往健康节点转移。
如果这两个参数设置得过小，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。

具体实例配置如下：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
[root@master-node ~]# vim /usr/local/nginx/conf/nginx.conf
user  www;
worker_processes  8;
  
#error_log  logs/error.log;
#error_log  logs/error.log  notice;
#error_log  logs/error.log  info;
  
#pid        logs/nginx.pid;
  
  
events {
    worker_connections  65535;
}
  
  
http {
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;
    charset utf-8;
        
    ######
    ## set access log format
    ######
    log_format  main  '$http_x_forwarded_for $remote_addr $remote_user [$time_local] "$request" '
                      '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
                      '"$http_user_agent" "$http_cookie" $host $request_time';
  
    #######
    ## http setting
    #######
    sendfile       on;
    tcp_nopush     on;
    tcp_nodelay    on;
    keepalive_timeout  65;
    proxy_cache_path /var/www/cache levels=1:2 keys_zone=mycache:20m max_size=2048m inactive=60m;
    proxy_temp_path /var/www/cache/tmp;
  
    fastcgi_connect_timeout 3000;
    fastcgi_send_timeout 3000;
    fastcgi_read_timeout 3000;
    fastcgi_buffer_size 256k;
    fastcgi_buffers 8 256k;
    fastcgi_busy_buffers_size 256k;
    fastcgi_temp_file_write_size 256k;
    fastcgi_intercept_errors on;
  
    #
    client_header_timeout 600s;
    client_body_timeout 600s;
   # client_max_body_size 50m;
    client_max_body_size 100m;               #允许客户端请求的最大单个文件字节数
    client_body_buffer_size 256k;            #缓冲区代理缓冲请求的最大字节数，可以理解为先保存到本地再传给用户
  
    gzip  on;
    gzip_min_length  1k;
    gzip_buffers     4 16k;
    gzip_http_version 1.1;
    gzip_comp_level 9;
    gzip_types       text/plain application/x-javascript text/css application/xml text/javascript application/x-httpd-php;
    gzip_vary on;
  
    ## includes vhosts
    include vhosts/*.conf;
}
 
 
[root@master-node ~]# mkdir /usr/local/nginx/conf/vhosts
[root@master-node ~]# mkdir /var/www/cache
[root@master-node ~]# ulimit 65535
 
[root@master-node ~]# vim /usr/local/nginx/conf/vhosts/LB.conf
upstream LB-WWW {
      ip_hash;                                                  #这是对负载均衡的算法
      server 192.168.1.101:80 max_fails=3 fail_timeout=30s;     #max_fails = 3 为允许失败的次数，默认值为1。 这是对后端节点做健康检查。
      server 192.168.1.102:80 max_fails=3 fail_timeout=30s;     #fail_timeout = 30s 当max_fails次失败后，暂停将请求分发到该后端服务器的时间
      server 192.168.1.118:80 max_fails=3 fail_timeout=30s;
    }
     
server {
     listen       80;
     server_name  www.wangshibo.com;
   
      access_log  /usr/local/nginx/logs/www-access.log main;
      error_log  /usr/local/nginx/logs/www-error.log;
   
     location / {
         proxy_pass http://LB-WWW;
         proxy_redirect off ;
         proxy_set_header Host $host;
         proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
         proxy_set_header REMOTE-HOST $remote_addr;
         proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
         proxy_connect_timeout 300;             #跟后端服务器连接超时时间，发起握手等候响应时间
         proxy_send_timeout 300;                #后端服务器回传时间，就是在规定时间内后端服务器必须传完所有数据
         proxy_read_timeout 600;                #连接成功后等待后端服务器的响应时间，已经进入后端的排队之中等候处理
         proxy_buffer_size 256k;                #代理请求缓冲区,会保存用户的头信息以供nginx进行处理
         proxy_buffers 4 256k;                  #同上，告诉nginx保存单个用几个buffer最大用多少空间
         proxy_busy_buffers_size 256k;          #如果系统很忙时候可以申请最大的proxy_buffers
         proxy_temp_file_write_size 256k;       #proxy缓存临时文件的大小
         proxy_next_upstream error timeout invalid_header http_500 http_503 http_404;
         proxy_max_temp_file_size 128m;
         proxy_cache mycache;                               
         proxy_cache_valid 200 302 60m;                     
         proxy_cache_valid 404 1m;
        }
}

二、利用nginx_upstream_check_module模块对后端节点做健康检查
除了上面介绍的nginx自带模块，还有一个更专业的模块，来专门提供负载均衡器内节点的健康检查的。这个就是淘宝技术团队开发的nginx模块nginx_upstream_check_module，通过它可以用来检测后端realserver的健康状态。如果后端realserver不可用，则所以的请求就不会转发到该节点上。个人比较推荐使用这种方式来检查nginx后端节点的健康状态。

在淘宝自己的tengine上是自带了该模块的，大家可以访问淘宝tengine的官网http://tengine.taobao.org来获取该版本的nginx，
如果没有使用淘宝的tengine的话，可以通过补丁的方式来添加该模块到我们自己的nginx中。部署流程如下：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
比如健康检查配置：
upstream test_web {
    server 192.168.1.21:80;
    server 192.168.1.22:80;
    check interval=3000 rise=2 fall=5 timeout=1000 type=http;
        
}
上面配置的意思是，对test_web这个负载均衡条目中的所有节点，每个3秒检测一次，请求2次正常则标记realserver状态为up，如果检测5次都失败，则标记realserver的状态为down，超时时间为1秒。
 
---------------------下面列出nginx_upstream_check_module 模块所支持的指令含义----------------------
Syntax:  check interval=milliseconds [fall=count] [rise=count] [timeout=milliseconds] [default_down=true|false] [type=tcp|http|ssl_hello|mysql|ajp] [port=check_port]
Default: 如果没有配置参数，默认值是：interval=30000 fall=5 rise=2 timeout=1000 default_down=true type=tcp
Context: upstream
 
该指令可以打开后端服务器的健康检查功能。指令后面的参数意义是：
interval：向后端发送的健康检查包的间隔。
fall(fall_count): 如果连续失败次数达到fall_count，服务器就被认为是down。
rise(rise_count): 如果连续成功次数达到rise_count，服务器就被认为是up。
timeout: 后端健康请求的超时时间。
default_down: 设定初始时服务器的状态，如果是true，就说明默认是down的，如果是false，就是up的。默认值是true，也就是一开始服务器认为是不可用，要等健康检查包达到一定成功次数以后才会被认为是健康的。
type：健康检查包的类型，现在支持以下多种类型
tcp：简单的tcp连接，如果连接成功，就说明后端正常。
ssl_hello：发送一个初始的SSL hello包并接受服务器的SSL hello包。
http：发送HTTP请求，通过后端的回复包的状态来判断后端是否存活。
mysql: 向mysql服务器连接，通过接收服务器的greeting包来判断后端是否存活。
ajp：向后端发送AJP协议的Cping包，通过接收Cpong包来判断后端是否存活。
port: 指定后端服务器的检查端口。你可以指定不同于真实服务的后端服务器的端口，比如后端提供的是443端口的应用，你可以去检查80端口的状态来判断后端健康状况。默认是0，表示跟后端server提供真实服务的端口一样。该选项出现于Tengine-1.4.0。
 
 
Syntax: check_keepalive_requests request_num
Default: 1
Context: upstream
该指令可以配置一个连接发送的请求数，其默认值为1，表示Tengine完成1次请求后即关闭连接。
 
Syntax: check_http_send http_packet
Default: "GET / HTTP/1.0\r\n\r\n"
Context: upstream
该指令可以配置http健康检查包发送的请求内容。为了减少传输数据量，推荐采用"HEAD"方法。
 
当采用长连接进行健康检查时，需在该指令中添加keep-alive请求头，如："HEAD / HTTP/1.1\r\nConnection: keep-alive\r\n\r\n"。 同时，在采用"GET"方法的情况下，请求uri的size不宜过大，确保可以在1个interval内传输完成，否则会被健康检查模块视为后端服务器或网络异常。
Syntax: check_http_expect_alive [ http_2xx | http_3xx | http_4xx | http_5xx ]
Default: http_2xx | http_3xx
Context: upstream
该指令指定HTTP回复的成功状态，默认认为2XX和3XX的状态是健康的。
 
Syntax: check_shm_size size
Default: 1M
Context: http
所有的后端服务器健康检查状态都存于共享内存中，该指令可以设置共享内存的大小。默认是1M，如果你有1千台以上的服务器并在配置的时候出现了错误，就可能需要扩大该内存的大小。
 
Syntax: check_status [html|csv|json]
Default: check_status html
Context: location
显示服务器的健康状态页面。该指令需要在http块中配置。
 
在Tengine-1.4.0以后，可以配置显示页面的格式。支持的格式有: html、csv、 json。默认类型是html。
也可以通过请求的参数来指定格式，假设‘/status’是你状态页面的URL， format参数改变页面的格式，比如：
/status?format=html
/status?format=csv
/status?format=json
 
同时你也可以通过status参数来获取相同服务器状态的列表，比如：
/status?format=html&status=down
/status?format=csv&status=up
 
下面是一个状态配置的范例：
http {
      server {
         location /nstatus {
             check_status;
             access_log off;
             #allow IP;
             #deny all;
         }
      }
}

具体实例配置如下： 

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
1）下载nginx_upstream_check_module模块，并部署到nginx中。
[root@localhost ~]# cd /usr/local/src
[root@localhost src]# wget https://github.com/yaoweibin/nginx_upstream_check_module/archive/master.zip
[root@localhost src]# unzip unzip master.zip
[root@localhost src]# ls
master.zip  nginx_upstream_check_module-master
[root@localhost src]# ls nginx_upstream_check_module-master/
CHANGES              check_1.2.6+.patch   check.patch                ngx_http_upstream_check_module.c          upstream_fair.patch
check_1.11.1+.patch  check_1.5.12+.patch  config                     ngx_http_upstream_check_module.h          util
check_1.11.5+.patch  check_1.7.2+.patch   doc                        ngx_http_upstream_jvm_route_module.patch
check_1.2.1.patch    check_1.7.5+.patch   nginx-sticky-module.patch  README
check_1.2.2+.patch   check_1.9.2+.patch   nginx-tests                test
   
[root@localhost src]# wget http://nginx.org/download/nginx-1.8.0.tar.gz
[root@localhost src]# tar -zxvf nginx-1.8.0.tar.gz
[root@localhost src]# cd nginx-1.8.0
   
[root@localhost nginx-1.8.0]# patch -p1 < ../nginx_upstream_check_module-master/check_1.9.2+.patch
[root@localhost nginx-1.8.0]# ./configure --prefix=/usr/local/nginx --user=nginx --group=nginx --with-http_ssl_module --with-http_flv_module --with-http_stub_status_module --with-http_gzip_static_module --with-pcre --add-module=../nginx_upstream_check_module-master/
[root@node1 src]# make && make install
   
2)nginx配置
[root@master-node ~]# vim /usr/local/nginx/conf/vhosts/LB.conf
upstream LB-WWW {
      server 192.168.1.101:80; 
      server 192.168.1.102:80;
      check interval=3000 rise=2 fall=5 timeout=1000 type=http;
      check_keepalive_requests 100;
      check_http_send "HEAD / HTTP/1.1\r\nConnection: keep-alive\r\n\r\n";
      check_http_expect_alive http_2xx http_3xx;
    }
        
server {
     listen       80;
     server_name  www.wangshibo.com;
      
      access_log  /usr/local/nginx/logs/www-access.log main;
      error_log  /usr/local/nginx/logs/www-error.log;
      
     location / {
         proxy_pass http://LB-WWW;
         proxy_redirect off ;
         proxy_set_header Host $host;
         proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
         proxy_set_header REMOTE-HOST $remote_addr;
         proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
         proxy_connect_timeout 300;         
         proxy_send_timeout 300;           
         proxy_read_timeout 600;             
         proxy_buffer_size 256k;             
         proxy_buffers 4 256k;              
         proxy_busy_buffers_size 256k;       
         proxy_temp_file_write_size 256k;    
         proxy_next_upstream error timeout invalid_header http_500 http_503 http_404;
         proxy_max_temp_file_size 128m;
         proxy_cache mycache;                            
         proxy_cache_valid 200 302 60m;                  
         proxy_cache_valid 404 1m;
        }
         
       location /nstatus {
         check_status;
         access_log off;
         #allow IP;
         #deny all;
       }
}

 

配置完毕后，重启nginx。然后访问http://localhost/nstatus这个页面就可以看到当前两台realserver实时的健康状态。
温馨提示：在生产环境的实施应用中需要注意下面两点

1
2
3
4
5
6
1）主要定义好type。由于默认的type是tcp类型，因此假设服务启动，不管是否初始化完毕，它的端口都会起来，所以此时前段负载均衡器为认为该服务已经可用，其实是不可用状态。
2）注意check_http_send值的设定。由于它的默认值是"GET / HTTP/1.0\r\n\r\n"。
   假设应用是通过http://ip/name访问的，那么这里check_http_send值就需要更改为 "GET /name HTTP/1.0\r\n\r\n"才可以。
   针对采用长连接进行检查的， 这里增加 keep-alive请求 头，即"HEAD /name HTTP/1.1\r\nConnection: keep-alive\r\n\r\n"。
   如果后端的tomcat是基于域名的多虚拟机，此时你需要通过 check_http_send定义host，不然每次访问都是失败，范例：
   check_http_send "GET /mobileapi HTTP/1.0\r\n HOST  www.redhat.sx\r\n\r\n";

也可以参考http://www.cnblogs.com/kevingrace/p/5882006.html这篇文档里的nginx后端节点健康检查的方法 

三、利用ngx_http_healthcheck_module模块对后端节点做健康检查
除了上面两个模块，nginx官方在早期的时候还提供了一个ngx_http_healthcheck_module模块用来进行nginx后端节点的健康检查。nginx_upstream_check_module模块就是参照该模块的设计理念进行开发的，因此在使用和效果上都大同小异。
但是需要注意的是，ngx_http_healthcheck_module模块仅仅支持nginx的1.0.0版本，1.1.0版本以后都不支持了！因此，对于目前常见的生产环境上基本都不会去用这个模块了

posted @ 2017-05-27 14:52  howhy  阅读(349)  评论(0)  编辑  收藏  举报