基於 Nginx 的大型網際網路叢集架構與實戰方案

风轻雪棉發表於2024-10-10
Nginx架構

1. Nginx 負載均衡基礎配置

首先，搭建一個基礎的 Nginx 負載均衡器，用於將流量分發到多個後端伺服器上。

步驟 1.1：安裝 Nginx

在每臺要作為負載均衡器的伺服器上，安裝 Nginx。可以使用包管理工具進行安裝，例如在 Ubuntu 上執行以下命令：

sudo apt update
sudo apt install nginx

步驟 1.2：配置 Nginx 負載均衡

Nginx 的核心是配置檔案 nginx.conf，我們可以在其中定義後端伺服器池以及負載均衡策略。以下是一個簡單的 Nginx 負載均衡配置：

# 定義一個名為 backend 的後端伺服器池
upstream backend {
    server backend1.example.com weight=5;  # 設定權重
    server backend2.example.com weight=3;
    server backend3.example.com weight=2;
    
    # 啟用健康檢查（需要 Nginx Plus 支援開箱配置，開源版本需要第三方模組）
    # Nginx Plus 示例：
    health_check interval=10s fails=3 passes=2;
}
​
# 配置 HTTP 伺服器
server {
    listen 80;
    server_name loadbalancer.example.com;
​
    location / {
        proxy_pass http://backend;
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
        proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;
    }
}

配置詳解：

  • upstream 指令：定義了後端伺服器池（backend），併為各伺服器分配了不同的權重，Nginx 根據權重將流量按照比例分發到後端伺服器。

  • 健康檢查：此配置會定期檢查後端伺服器是否可用，確保當某個伺服器當機時，不會繼續向其傳送請求。

  • proxy_pass：將客戶端請求代理到後端伺服器池。

步驟 1.3：啟動和測試 Nginx

確保配置無誤後，啟動或重啟 Nginx 服務：

sudo nginx -t  # 測試配置檔案是否正確
sudo systemctl restart nginx  # 重啟 Nginx

測試：透過訪問 http://loadbalancer.example.com，驗證請求是否被均勻分發到後端伺服器。

2. 高可用性配置（Keepalived + Nginx）

單獨使用 Nginx 進行負載均衡仍然會面臨單點故障問題。如果前端的 Nginx 當機，整個服務將不可用。因此，我們需要透過 Keepalived 實現高可用的 Nginx 叢集。

步驟 2.1：安裝 Keepalived

在每臺 Nginx 伺服器上安裝 Keepalived。以 Ubuntu 為例：

sudo apt install keepalived

步驟 2.2：配置 Keepalived

Keepalived 透過虛擬 IP 地址（VIP）實現故障轉移。當主伺服器當機時，VIP 自動切換到備用伺服器，確保服務的高可用性。

在主 Nginx 伺服器上，編輯 Keepalived 的配置檔案 /etc/keepalived/keepalived.conf：

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER  # 主伺服器
    interface eth0  # 網路介面
    virtual_router_id 51
    priority 100  # 主伺服器優先順序較高
    advert_int 1  # 廣播間隔
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 123456  # 密碼
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.0.100  # 虛擬IP地址
    }
    track_script {
        chk_nginx  # 監控 Nginx 狀態的指令碼
    }
}

在備用 Nginx 伺服器上，將 state 設定為 BACKUP，並將 priority 設定為較低的值，例如 90。

步驟 2.3：監控 Nginx 狀態

Keepalived 可以透過監控 Nginx 的執行狀態來決定是否切換 VIP。建立一個監控指令碼 /etc/keepalived/check_nginx.sh：

#!/bin/bash
if ! pidof nginx > /dev/null
then
    systemctl stop keepalived  # 如果 Nginx 停止，關閉 Keepalived 以觸發 VIP 切換
fi

將此指令碼新增為可執行：

sudo chmod +x /etc/keepalived/check_nginx.sh

在 Keepalived 的配置檔案中新增監控指令碼：

vrrp_script chk_nginx {
    script "/etc/keepalived/check_nginx.sh"
    interval 2
}

步驟 2.4：啟動 Keepalived

完成配置後，啟動或重啟 Keepalived 服務：

sudo systemctl restart keepalived

測試：關閉主伺服器的 Nginx，VIP 應該自動切換到備用伺服器，確保服務不中斷。

3. Nginx 健康檢查和動態擴充套件

Nginx 可以結合健康檢查功能，確保只有狀態正常的伺服器參與負載均衡。另外，動態擴充套件是應對突發流量的關鍵。以下是相關配置和實戰方案。

步驟 3.1：配置健康檢查（開源版本）

Nginx 開源版本不自帶健康檢查模組，可以透過第三方模組（如 ngx_http_healthcheck_module）實現健康檢查。假設已安裝此模組，配置如下：

upstream backend {
    server backend1.example.com;
    server backend2.example.com;
    server backend3.example.com;

    # 使用第三方模組實現健康檢查
    check interval=5000 rise=2 fall=5 timeout=2000;
}

步驟 3.2：動態擴充套件後端伺服器

結合容器化技術（如 Docker 或 Kubernetes），可以根據流量自動擴充套件後端伺服器。例如，在 Kubernetes 叢集中可以使用 Horizontal Pod Autoscaler (HPA) 自動擴充套件應用服務的副本數。

以下是在 Kubernetes 中配置自動擴充套件的示例：

apiVersion: autoscaling/v1
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
  name: backend-hpa
spec:
  scaleTargetRef:
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    name: backend
  minReplicas: 3
  maxReplicas: 10
  targetCPUUtilizationPercentage: 70  # 當 CPU 利用率超過 70% 時擴容

透過這種方式，後端服務可以根據負載動態擴充套件，Nginx 透過配置服務發現機制可以自動識別新的後端伺服器。

4. Nginx SSL/TLS 配置

在生產環境中，啟用 HTTPS 是必不可少的。以下是啟用 SSL/TLS 的配置：

步驟 4.1：生成或獲取 SSL 證書

使用 Let's Encrypt 生成免費的 SSL 證書：

sudo apt install certbot python3-certbot-nginx
sudo certbot --nginx -d yourdomain.com

步驟 4.2：配置 Nginx 使用 SSL

server {
    listen 443 ssl;
    server_name yourdomain.com;

    ssl_certificate /etc/letsencrypt/live/yourdomain.com/fullchain.pem;
    ssl_certificate_key /etc/letsencrypt/live/yourdomain.com/privkey.pem;

    location / {
        proxy_pass http://backend;
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
        proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;
    }
}

# 自動將 HTTP 請求重定向到 HTTPS
server {
    listen 80;
    server_name yourdomain.com;
    return 301 https://$host$request_uri;
}

總結

透過 Nginx 的負載均衡、Keepalived 實現高可用、動態擴充套件後端伺服器以及健康檢查，構建了一個高效、可擴充套件且高可用的網際網路叢集架構。

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