nginx反向代理和负载均衡

用户4081281200381
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一、反向代理与负载均衡的基本概念

1. 反向代理（Reverse Proxy）
  • 定义：客户端发送请求到反向代理服务器，代理服务器根据规则将请求转发到后端真实服务器，并将响应返回给客户端。
  • 核心作用：
    • 隐藏后端服务器地址，增强安全性；
    • 缓存静态资源，减轻后端压力；
    • 实现请求转发、协议转换（如HTTP转HTTPS）。
2. 负载均衡（Load Balancing）
  • 定义：将客户端请求均匀分配到多个后端服务器，避免单台服务器过载。
  • 核心作用：
    • 提升系统可用性和吞吐量；
    • 实现高并发场景下的流量分发；
    • 支持服务器动态扩容与故障转移。

二、Nginx反向代理配置与原理

1. 基础反向代理配置示例
server {
    listen 80;
    server_name example.com;
    
    location / {
        # 反向代理到后端服务器（IP:端口）
        proxy_pass http://192.168.1.100:8080;
        
        # 优化请求头（传递客户端真实IP等信息）
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
    }
}
2. 反向代理核心参数解析
  • proxy_pass：指定后端服务器地址（可配置为IP、域名或负载均衡组名）；
  • proxy_set_header：修改请求头，解决跨域、获取客户端真实IP等问题；
  • proxy_buffer_size：设置缓冲区大小，优化大文件传输性能；
  • proxy_connect_timeout：连接后端服务器的超时时间（默认60秒）。

三、Nginx负载均衡实现方式

1. 负载均衡配置示例
# 定义负载均衡组（upstream）
upstream backend_servers {
    # 轮询方式（默认策略）
    server 192.168.1.101:8080;
    server 192.168.1.102:8080;
    server 192.168.1.103:8080;
    
    # 权重配置（weight越大，分配请求越多）
    # server 192.168.1.104:8080 weight=2;
    
    # 服务器状态标记
    # down：标记服务器不可用
    # backup：备用服务器，主服务器均故障时启用
}

# 反向代理关联负载均衡组
server {
    location / {
        proxy_pass http://backend_servers;
    }
}
2. 负载均衡策略（调度算法）
策略原理适用场景
轮询（默认）按顺序依次分配请求，简单公平。服务器配置相同的场景。
权重轮询为服务器设置权重（weight），权重越高分配请求越多。服务器性能差异明显的场景。
IP哈希根据客户端IP地址计算哈希值，相同IP固定转发到同一服务器（保证会话一致性）。需要保持会话状态的场景（如登录）。
最少连接将请求转发给当前连接数最少的服务器。长连接场景（如WebSocket）。

四、高可用与健康检查机制

1. 服务器状态检测（健康检查）
upstream backend_servers {
    server 192.168.1.101:8080 max_fails=2 fail_timeout=10s;
    server 192.168.1.102:8080;
}
  • max_fails：允许失败次数，超过则标记服务器不可用；
  • fail_timeout：服务器不可用的持续时间，到期后重新检测。
2. 高可用架构（主从模式）
  • Nginx 主从部署：
    • 主服务器处理请求，从服务器实时同步配置；
    • 主服务器故障时，通过Keepalived等工具切换到从服务器（需配置虚拟IP）。

五、问题

1. 问：反向代理与正向代理的区别？

  • 答：
    • 正向代理：客户端配置代理服务器，代理服务器代替客户端访问目标服务器（如科学上网）；
    • 反向代理：服务器端配置代理，客户端无需感知，代理根据规则转发请求到后端服务器（如Nginx）；
    • 核心差异：正向代理代理客户端，反向代理代理服务器。

2. 问：Nginx负载均衡如何实现会话保持？

  • 答：
    • IP哈希策略：通过ip_hash指令实现，相同IP的请求固定转发到同一服务器；
    • Cookie会话保持：通过proxy_cookie_path结合后端Session机制，将Session ID写入Cookie；
    • 注意：IP哈希可能因客户端IP变更（如NAT环境）导致会话丢失，需结合业务场景选择。

3. 问：Nginx作为反向代理时，如何优化高并发性能？

  • 答：
    • 连接数优化：
      • worker_connections：每个worker进程的最大连接数（建议设置为10240）；
      • worker_processes：工作进程数（建议设置为CPU核心数）。
    • 缓存优化：
      • 配置proxy_cache缓存静态资源，减少后端请求；
      • 启用gzip压缩（见前文Webpack Gzip部分）。
    • 异步非阻塞模型：Nginx基于事件驱动的异步架构，天然适合高并发场景。

4. 问：Nginx与LVS、HAProxy的区别？

  • 答：
    • Nginx：七层负载均衡（基于HTTP/HTTPS协议），支持内容缓存、反向代理，适合Web场景；
    • LVS：四层负载均衡（基于IP+端口），性能更高（可处理百万级并发），适合TCP服务；
    • HAProxy：四层/七层负载均衡，支持更多健康检查策略，适合复杂场景（如混合TCP/HTTP服务）。

六、生产环境优化实践

1. 动静分离

  • 静态资源（图片、CSS、JS）直接由Nginx处理，动态请求转发到后端服务器：
location /static/ {
    root /data/web;  # 静态资源根目录
    expires 7d;      # 缓存7天
}

2. HTTPS与HTTP/2支持

  • 配置SSL证书实现HTTPS加密：
server {
    listen 443 ssl http2;
    ssl_certificate /path/to/cert.pem;
    ssl_certificate_key /path/to/key.pem;
}

3. 限流与防攻击

  • 配置limit_req模块限制请求频率：
limit_req_zone $binary_remote_addr zone=one:10m rate=10r/s;
location / {
    limit_req zone=one burst=20 nodelay;
}
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