基于Nginx的高校网站高可用性架构的研究与实践

郭炜杰 孙显水 蒋国明 浙江理工大学信息化办公室

一、引言

VMWARE已经广泛使用，通常的做法是在VMWARE虚拟化平台上创建虚拟机来用于web服务器，在但在日常运维中发现单台web服务器无法承受瞬间的高并发访问，这就需要增加web服务器的数量，并采用负载均衡技术使多个web服务器分别处理并发访问请求，减少单台web服务器的运行压力。从服务器安全和互联网IPv4地址资源有限的角度考虑，web服务器一般不直接暴露在互联网上，因此需要借助反向代理技术来隐藏web服务器的真实IP，对其进行逻辑上的隔离，不仅要防御来自外网的攻击，也要防御来自内网的攻击。

二、Nginx介绍

Nginx是由俄罗斯的程序设计师伊戈尔 赛索耶夫（Igor Sysoev)开发的一款自由的、开源的、高性能的HTTP服务器和反向代理服务器；同时也是一个IMAP、POP3、SMTP代理服务器。Nginx是一个跨平台服务器，可以运行在 Linux、Windows、FreeBSD、Solaris、AIX、MacOS等操作系统上。Nginx使用基于事件驱动架构，使得其可以支持数以百万级别的TCP连接，其特点是占用内存少、并发能力强、稳定性好，事实上Nginx的并发能力在同类型的web服务器中表现较好，国内的百度、京东、新浪、网易、腾讯、淘宝等网站都使用了Nginx。

Nginx的upstream模块使Nginx跨越单机的限制，完成网络数据的接收、处理和转发。Nginx支持的负载均衡方法如下：

①轮询（默认）：接收到的请求按照顺序逐一分配到不同的后端服务器，即使某一台后端服务器宕机，Nginx会自动将该服务器剔除出队列，请求受理情况不会受到任何影响。

②weight：给不同的后端服务器设置一个权重值（weight），用于调整不同的服务器上请求的分配率。权重数据越大，被分配到请求的几率越大。

③ip_hash：每个请求按照发起客户端的ip的hash结果进行匹配，一个固定ip地址的客户端总会访问到同一个后端服务器，这也在一定程度上解决了集群部署环境下Session共享的问题。

④fair：智能调整调度算法，动态的根据后端服务器的请求处理到响应的时间进行均衡分配。响应时间短处理效率高的服务器分配到请求的概率高，响应时间长处理效率低的服务器分配到的请求少，它是结合了前两者的优点的一种调度算法。

⑤url_hash：按照访问的URL的hash结果分配请求，每个请求的URL会指向后端固定的某个服务器，可以在Nginx作为静态服务器的情况下提高缓存效率。

三、系统架构设计

1.VMWARE 虚拟化平台

采用两台DELL R910物理服务器作为VMWARE虚拟化平台的宿主机，部署 VMWARE ESXi Server 5.5。vCenter上配置vMotion功能。物理服务器的第1个网口接管理网段，配置虚拟交换机vSwitch0，端口组为“管理口”；第2和第3个网口接服务器区核心交换机，配置虚拟交换机vSwitch1，端口组为“内网业务口”；第4和第5个网口接互联网接入交换机，配置虚拟交换机vSwitch2，端口组为“外网业务口”。物理服务器的光纤HBA卡接FC-SAN双活存储设备，光纤交换机为双机双引擎。架构拓扑如下：

图1 架构拓扑图

2.创建虚拟机

在物理服务器A上创建一台虚拟机nginx-vm1，在物理服务器B上创建一台虚拟机nginx-vm2，配置均为CPU 4核，内存4GB，操作系统使用CentOS7.6。双网卡，一块网卡配互联网的公网IP，另一块网卡配内网IP，内网用户IP、nginx服务器IP、web服务器IP属于不同的子网，在校园网核心交换机上做ACL，内网用户无法直接访问到web服务器。虚拟磁盘创建在共享存储中，当某一台物理机故障时，上面的虚拟机能够自动迁移到另一台物理机上。

3.DNS 配置

学校有电信、联通、移动、教科网4条互联网出口链路，DNS的外网视图上把网站域名xxx.zstu.edu.cn解析到虚拟机nginxvm1和nginx-vm2的公网IP上，内网视图上把网站域名xxx.zstu.edu.cn解析到虚拟机nginx-vm1和nginx-vm2的内网IP上。用户访问该网站的请求都通过Nginx转发到后端真正的web服务器上，用户看不到网站web服务器的真实IP。

4.安装和配置Nginx

在虚拟机上安装Nginx[3-4]，编辑nginx.conf配置文件。

检查配置文件：[root@nginx ~]# /usr/local/nginx/sbin/nginx -t

启 动 Nginx：[root@nginx ~]# /usr/local/nginx/sbin/nginx

查 看 Nginx日 志：[root@nginx ~]# tail -f /usr/local/nginx/logs/access.log | grep xxx.zstu.edu.cn，查看日志可以清楚的看到每条请求转发到了后端的哪一台web服务器上。

四、结束语

本文对Nginx反向代理和负载均衡技术进行了研究与实践，在无需额外投入资源的情况下，不用改变原有web网站的部署方式，利用现有的网络、服务器和存储资源，有效解决了web服务器遇到突然集中的大量访问请求时系统页面响应缓慢，甚至宕机的问题，缓解了单台web服务器的响应压力，同时在DNS、网络、服务器、存储等层面均采用了冗余架构。在今年疫情防控期间，该架构应用于17000余名在校本科生每日健康打卡，从服务器运行监控上看，很好的起到了负载均衡的作用。

图2 Nginx服务器收到的网络数据包

图3 其中一台后端服务器收到的网络数据包