本篇内容:集群、负载均衡、安全相关

一、集群与负载均衡

1.1 集群简介

粗暴理解集群就是多个nginx同时协作使用。
在Nginx集群中Nginx扮演的角色是：分发器。
  任务：接受请求、分发请求、响应请求。

1.2 集群的本质

Nginx集群其实是：虚拟主机+反向代理+upstream分发模块组成的。
  虚拟主机：负责接受和响应请求。
  反向代理：带领用户去数据服务器拿数据。
  upstream：告诉nginx去哪个数据服务器拿数据。

1.3 请求流程

1）虚拟主机接受用户请求
 2）虚拟主机去找反向代理（问反向代理去哪拿数据）
 3）反向代理让去找upstream
 4）upstream告诉一个数据服务器IP
 5）Nginx去找数据服务器，并发起用户的请求
 6）数据服务器接受请求并处理请求
 7）数据服务器响应请求给Nginx
 8）Nginx响应请求给用户

1.5 集群默认算法

（1）轮询(默认)
  每个请求按时间顺序逐一分配到不同的后端服务器，如果后端服务器down掉，能自动剔除。
（2）weight(权重)
  指定轮询几率，weight和访问比率成正比，用于后端服务器性能不均的情况。
（3）ip_hash
  每个请求按访问ip的hash结果分配，这样每个访客固定访问一个后端服务，好处是可以解决session的问题。因此前两种只能处理静态页面，而这种方式可以处理动态网站。
（4）第三方算法
fair(按后端服务器的响应时间来分配请求，响应时间短的优先分配)、url_hash(按访问url的hash结果来分配请求，使每个url定向到同一个后端服务 ，后端服务器为缓存时比较有效)等

1.4 配置修改（ip_hash算法）

写一个springboot项目,放在服务器上,对应三个端口启动(略)
然后配置nginx

# 配置nginx.conf
#集群配置
upstream integral {
ip_hash;//如果不加会有session问题
server 192.168.43.140:8013 weight=1;//权重和地址
server 192.168.43.140:8014 weight=1;
server 192.168.43.140:8015 weight=2;
}

#gzip  on;
server{
    listen    8013;//监听端口

    server_name integral.com;

location / {
           #proxy_redirect off;

           #proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;

           #proxy_pass http://192.168.43.217:8013;

           proxy_pass http://integral; #这里的http后面和集群一致
}
access_log logs/integral.log;#访问日志
   }

二、配置调优

2.1 Nginx运行工作进程数量

Nginx运行工作进程个数一般设置CPU的核心或者核心数x2。(可以top命令之后按1看出来，也可以查看/proc/cpuinfo文件 grep ^processor /proc/cpuinfo | wc -l)

vi /对应路径/nginx.conf

nginx -s reload

ps -aux | grep nginx |grep -v grep

2.2 Nginx运行CPU亲和力

比如4核配置：
worker_processes 4;
worker_cpu_affinity 0001 0010 0100 1000

比如8核配置：
worker_processes 8;
worker_cpu_affinity 00000001 00000010 00000100 0000100000010000 00100000 01000000 10000000;
worker_processes最多开启8个，8个以上性能提升不会再提升了，而且稳定性变得更低，所以8个进程够用了。

2.3 Nginx最大打开文件数

worker_rlimit_nofile 65535;
这个指令是指当一个nginx进程打开的最多文件描述符数目，理论值应该是最多打开文件数（ulimit -n）与nginx进程数相除，但是nginx分配请求并不是那么均匀，所以最好与ulimit -n的值保持一致。

注：文件资源限制的配置可以在/etc/security/limits.conf设置，针对root/user等各个用户或者代表所有用户来设置。*

• soft nofile 65535
• hard nofile 65535
  用户重新登录生效（ulimit -n）

2.4 Nginx事件处理模型

events {
  use epoll;
  worker_connections 65535;
  multi_accept on;
}

nginx采用epoll事件模型，处理效率高。

work_connections是单个worker进程允许客户端最大连接数，这个数值一般根据服务器性能和内存来制定，实际最大值就是worker进程数乘以work_connections。

实际我们填入一个65535，足够了，这些都算并发值，一个网站的并发达到这么大的数量，也算一个大站了！

multi_accept 告诉nginx收到一个新连接通知后接受尽可能多的连接，默认是on，设置为on后，多个worker按串行方式来处理连接，也就是一个连接只有一个worker被唤醒，其他的处于休眠状态，设置为off后，多个worker按并行方式来处理连接，也就是一个连接会唤醒所有的worker，直到连接分配完毕，没有取得连接的继续休眠。当你的服务器连接数不多时，开启这个参数会让负载有一定的降低，但是当服务器的吞吐量很大时，为了效率，可以关闭这个参数。

2.5、开启高效传输模式

http {
  include mime.types;
  default_type application/octet-stream;
  ……

  sendfile on;
  tcp_nopush on;
  ……
}

Include mime.types ： 媒体类型,include 只是一个在当前文件中包含另一个文件内容的指令。

default_type application/octet-stream ：默认媒体类型足够。

sendfile on：开启高效文件传输模式，sendfile指令指定nginx是否调用sendfile函数来输出文件，对于普通应用设为 on，如果用来进行下载等应用磁盘IO重负载应用，可设置为off，以平衡磁盘与网络I/O处理速度，降低系统的负载。注意：如果图片显示不正常把这个改成off。

tcp_nopush on：必须在sendfile开启模式才有效，防止网路阻塞，积极的减少网络报文段的数量（将响应头和正文的开始部分一起发送，而不一个接一个的发送。）

2.6 连接超时时间

主要目的是保护服务器资源，CPU，内存，控制连接数，因为建立连接也是需要消耗资源的。

keepalive_timeout 60;
tcp_nodelay on;
client_header_buffer_size 4k;
open_file_cache max=102400 inactive=20s;
open_file_cache_valid 30s;
open_file_cache_min_uses 1;
client_header_timeout 15;
client_body_timeout 15;
reset_timedout_connection on;
send_timeout 15;
server_tokens off;
client_max_body_size 10m;

keepalived_timeout ：客户端连接保持会话超时时间，超过这个时间，服务器断开这个链接。

tcp_nodelay：也是防止网络阻塞，不过要包涵在keepalived参数才有效。

client_header_buffer_size 4k：客户端请求头部的缓冲区大小，这个可以根据你的系统分页大小来设置，一般一个请求头的大小不会超过 1k，不过由于一般系统分页都要大于1k，所以这里设置为分页大小。分页大小可以用命令getconf PAGESIZE取得。

open_file_cache max=102400 inactive=20s ：这个将为打开文件指定缓存，默认是没有启用的，max指定缓存数量，建议和打开文件数一致，inactive 是指经过多长时间文件没被请求后删除缓存。

open_file_cache_valid 30s：这个是指多长时间检查一次缓存的有效信息。

open_file_cache_min_uses 1 ：open_file_cache指令中的inactive 参数时间内文件的最少使用次数，如果超过这个数字，文件描述符一直是在缓存中打开的，如上例，如果有一个文件在inactive 时间内一次没被使用，它将被移除。

client_header_timeout ： 设置请求头的超时时间。我们也可以把这个设置低些，如果超过这个时间没有发送任何数据，nginx将返回request time out的错误。

client_body_timeout设置请求体的超时时间。我们也可以把这个设置低些，超过这个时间没有发送任何数据，和上面一样的错误提示。

reset_timeout_connection ：告诉nginx关闭不响应的客户端连接。这将会释放那个客户端所占有的内存空间。

send_timeout ：响应客户端超时时间，这个超时时间仅限于两个活动之间的时间，如果超过这个时间，客户端没有任何活动，nginx关闭连接。

server_tokens ：并不会让nginx执行的速度更快，但它可以关闭在错误页面中的nginx版本数字，这样对于安全性是有好处的。

client_max_body_size：上传文件大小限制。

2.7 fastcgi 调优

fastcgi_connect_timeout 600;
fastcgi_send_timeout 600;
fastcgi_read_timeout 600;
fastcgi_buffer_size 64k;
fastcgi_buffers 4 64k;
fastcgi_busy_buffers_size 128k;
fastcgi_temp_file_write_size 128k;
fastcgi_temp_path/usr/local/nginx1.10/nginx_tmp;
fastcgi_intercept_errors on;
fastcgi_cache_path/usr/local/nginx1.10/fastcgi_cache levels=1:2 keys_zone=cache_fastcgi:128minactive=1d max_size=10g;

fastcgi_connect_timeout 600 ：指定连接到后端FastCGI的超时时间。

fastcgi_send_timeout 600 ：向FastCGI传送请求的超时时间。

fastcgi_read_timeout 600 ：指定接收FastCGI应答的超时时间。

fastcgi_buffer_size 64k ：指定读取FastCGI应答第一部分需要用多大的缓冲区，默认的缓冲区大小为。fastcgi_buffers指令中的每块大小，可以将这个值设置更小。

fastcgi_buffers 4 64k ：指定本地需要用多少和多大的缓冲区来缓冲FastCGI的应答请求，如果一个php脚本所产生的页面大小为256KB，那么会分配4个64KB的缓冲区来缓存，如果页面大小大于256KB，那么大于256KB的部分会缓存到fastcgi_temp_path指定的路径中，但是这并不是好方法，因为内存中的数据处理速度要快于磁盘。一般这个值应该为站点中php脚本所产生的页面大小的中间值，如果站点大部分脚本所产生的页面大小为256KB，那么可以把这个值设置为“8 32K”、“4 64k”等。

fastcgi_busy_buffers_size 128k ：建议设置为fastcgi_buffers的两倍，繁忙时候的buffer。

fastcgi_temp_file_write_size 128k ：在写入fastcgi_temp_path时将用多大的数据块，默认值是fastcgi_buffers的两倍，该数值设置小时若负载上来时可能报502BadGateway。

fastcgi_temp_path ：缓存临时目录。

fastcgi_intercept_errors on ：这个指令指定是否传递4xx和5xx错误信息到客户端，或者允许nginx使用error_page处理错误信息。注：静态文件不存在会返回404页面，但是php页面则返回空白页！

fastcgi_cache_path /usr/local/nginx1.10/fastcgi_cachelevels=1:2 keys_zone=cache_fastcgi:128minactive=1d max_size=10g ：fastcgi_cache缓存目录，可以设置目录层级，比如1:2会生成16*256个子目录，cache_fastcgi是这个缓存空间的名字，cache是用多少内存（这样热门的内容nginx直接放内存，提高访问速度），inactive表示默认失效时间，如果缓存数据在失效时间内没有被访问,将被删除，max_size表示最多用多少硬盘空间。

fastcgi_cache cache_fastcgi ：#表示开启FastCGI缓存并为其指定一个名称。开启缓存非常有用，可以有效降低CPU的负载，并且防止502的错误放生。cache_fastcgi为proxy_cache_path指令创建的缓存区名称。

fastcgi_cache_valid 200 302 1h ：#用来指定应答代码的缓存时间，实例中的值表示将200和302应答缓存一小时，要和fastcgi_cache配合使用。

fastcgi_cache_valid 301 1d ：将301应答缓存一天。

fastcgi_cache_valid any 1m ：将其他应答缓存为1分钟。

fastcgi_cache_min_uses 1 ：该指令用于设置经过多少次请求的相同URL将被缓存。

fastcgi_cache_key http://request_uri ：该指令用来设置web缓存的Key值,nginx根据Key值md5哈希存储.一般根据request_uri(请求的路径)等变量组合成proxy_cache_key 。

fastcgi_pass ：指定FastCGI服务器监听端口与地址，可以是本机或者其它。

总结：

nginx的缓存功能有：proxy_cache / fastcgi_cache

proxy_cache的作用是缓存后端服务器的内容，可能是任何内容，包括静态的和动态。

fastcgi_cache的作用是缓存fastcgi生成的内容，很多情况是php生成的动态的内容。

proxy_cache缓存减少了nginx与后端通信的次数，节省了传输时间和后端宽带。

fastcgi_cache缓存减少了nginx与php的通信的次数，更减轻了php和数据库(mysql)的压力。

2.8 gzip 调优

使用gzip压缩功能，可能为我们节约带宽，加快传输速度，有更好的体验，也为我们节约成本，所以说这是一个重点。

Nginx启用压缩功能需要你来ngx_http_gzip_module模块，apache使用的是mod_deflate。

一般我们需要压缩的内容有：文本，js，html，css，对于图片，视频，flash什么的不压缩，同时也要注意，我们使用gzip的功能是需要消耗CPU的！

gzip on;
gzip_min_length 2k;
gzip_buffers   4 32k;
gzip_http_version 1.1;
gzip_comp_level 6;
gzip_typestext/plain text/css text/javascriptapplication/json application/javascript application/x-javascriptapplication/xml;
gzip_vary on;
gzip_proxied any;

gzip on; #开启压缩功能
gzip_min_length 1k ：设置允许压缩的页面最小字节数，页面字节数从header头的Content-Length中获取，默认值是0，不管页面多大都进行压缩，建议设置成大于1K，如果小与1K可能会越压越大。

gzip_buffers 4 32k ：压缩缓冲区大小，表示申请4个单位为32K的内存作为压缩结果流缓存，默认值是申请与原始数据大小相同的内存空间来存储gzip压缩结果。

gzip_http_version 1.1 ：压缩版本，用于设置识别HTTP协议版本，默认是1.1，目前大部分浏览器已经支持GZIP解压，使用默认即可。

gzip_comp_level 6 ：压缩比例，用来指定GZIP压缩比，1压缩比最小，处理速度最快，9压缩比最大，传输速度快，但是处理慢，也比较消耗CPU资源。

gzip_types text/css text/xml application/javascript ：用来指定压缩的类型，‘text/html’类型总是会被压缩。默认值: gzip_types text/html (默认不对js/css文件进行压缩)

压缩类型，匹配MIME型进行压缩；

不能用通配符 text/*；

text/html默认已经压缩 (无论是否指定)；

设置哪压缩种文本文件可参考 conf/mime.types。

gzip_vary on ：varyheader支持，改选项可以让前端的缓存服务器缓存经过GZIP压缩的页面，例如用Squid缓存经过nginx压缩的数据。

2.9 expires 缓存调优

缓存，主要针对于图片，css，js等元素更改机会比较少的情况下使用，特别是图片，占用带宽大，我们完全可以设置图片在浏览器本地缓存365d，css，js，html可以缓存个10来天，这样用户第一次打开加载慢一点，第二次，就非常快了！缓存的时候，我们需要将需要缓存的拓展名列出来， Expires缓存配置在server字段里面。

location ~* \.(ico|jpe?g|gif|png|bmp|swf|flv)$ {
expires 30d;
#log_not_found off;
access_log off;
}

location ~* \.(js|css)$ {
expires 7d;
log_not_found off;
access_log off;
}

注：log_not_found off;是否在error_log中记录不存在的错误。

总结：

expire功能优点：

expires可以降低网站购买的带宽，节约成本；

同时提升用户访问体验；

减轻服务的压力，节约服务器成本，是web服务非常重要的功能。

expire功能缺点：

被缓存的页面或数据更新了，用户看到的可能还是旧的内容，反而影响用户体验。

解决办法：第一个缩短缓存时间，例如：1天，但不彻底，除非更新频率大于1天；第二个对缓存的对象改名。

网站不希望被缓存的内容：

网站流量统计工具；

更新频繁的文件（google的logo）。

2.10 防盗链

防止别人直接从你网站引用图片等链接，消耗了你的资源和网络流量，那么我们的解决办法由几种：

水印，品牌宣传，你的带宽，服务器足够；

防火墙，直接控制，前提是你知道IP来源；

防盗链策略下面的方法是直接给予404的错误提示。

location ~*^.+\.(jpg|gif|png|swf|flv|wma|wmv|asf|mp3|mmf|zip|rar)$ {
valid_referers noneblocked www.benet.com benet.com;
if($invalid_referer) {
  #return 302 http://www.benet.com/img/nolink.jpg;
  return 404;
  break;
}
access_log off;
}

参数可以使如下形式：

none ：意思是不存在的Referer头(表示空的，也就是直接访问，比如直接在浏览器打开一个图片)。

blocked ：意为根据防火墙伪装Referer头，如：“Referer:XXXXXXX”。

server_names ：为一个或多个服务器的列表，0.5.33版本以后可以在名称中使用“*”通配符。

2.11 内核参数优化

fs.file-max = 999999：这个参数表示进程（比如一个worker进程）可以同时打开的最大句柄数，这个参数直线限制最大并发连接数，需根据实际情况配置。

net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 6000 ：这个参数表示操作系统允许TIME_WAIT套接字数量的最大值，如果超过这个数字，TIME_WAIT套接字将立刻被清除并打印警告信息。该参数默认为180000，过多的TIME_WAIT套接字会使Web服务器变慢。注：主动关闭连接的服务端会产生TIME_WAIT状态的连接

net.ipv4.ip_local_port_range = 1024 65000 ：允许系统打开的端口范围。

net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1 ：启用timewait快速回收。

net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1 ：开启重用。允许将TIME-WAIT sockets重新用于新的TCP连接。这对于服务器来说很有意义，因为服务器上总会有大量TIME-WAIT状态的连接。

net.ipv4.tcp_keepalive_time = 30：这个参数表示当keepalive启用时，TCP发送keepalive消息的频度。默认是2小时，若将其设置的小一些，可以更快地清理无效的连接。

net.ipv4.tcp_syncookies = 1 ：开启SYN Cookies，当出现SYN等待队列溢出时，启用cookies来处理。

net.core.somaxconn = 40960 ：web 应用中 listen 函数的 backlog 默认会给我们内核参数的。

net.core.somaxconn ：限制到128，而nginx定义的NGX_LISTEN_BACKLOG 默认为511，所以有必要调整这个值。注：对于一个TCP连接，Server与Client需要通过三次握手来建立网络连接.当三次握手成功后,我们可以看到端口的状态由LISTEN转变为ESTABLISHED,接着这条链路上就可以开始传送数据了.每一个处于监听(Listen)状态的端口,都有自己的监听队列.监听队列的长度与如somaxconn参数和使用该端口的程序中listen()函数有关。somaxconn定义了系统中每一个端口最大的监听队列的长度,这是个全局的参数,默认值为128，对于一个经常处理新连接的高负载 web服务环境来说，默认的 128 太小了。大多数环境这个值建议增加到 1024 或者更多。大的侦听队列对防止拒绝服务 DoS 攻击也会有所帮助。

net.core.netdev_max_backlog = 262144 ：每个网络接口接收数据包的速率比内核处理这些包的速率快时，允许送到队列的数据包的最大数目。

net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 262144 ：这个参数标示TCP三次握手建立阶段接受SYN请求队列的最大长度，默认为1024，将其设置得大一些可以使出现Nginx繁忙来不及accept新连接的情况时，Linux不至于丢失客户端发起的连接请求。

net.ipv4.tcp_rmem = 10240 87380 12582912 ：这个参数定义了TCP接受缓存（用于TCP接受滑动窗口）的最小值、默认值、最大值。

net.ipv4.tcp_wmem = 10240 87380 12582912：这个参数定义了TCP发送缓存（用于TCP发送滑动窗口）的最小值、默认值、最大值。

net.core.rmem_default = 6291456：这个参数表示内核套接字接受缓存区默认的大小。

net.core.wmem_default = 6291456：这个参数表示内核套接字发送缓存区默认的大小。

net.core.rmem_max = 12582912：这个参数表示内核套接字接受缓存区的最大大小。

net.core.wmem_max = 12582912：这个参数表示内核套接字发送缓存区的最大大小。

net.ipv4.tcp_syncookies = 1：该参数与性能无关，用于解决TCP的SYN攻击。

一个完整的内核优化设置：

fs.file-max = 999999
net.ipv4.ip_forward = 0
net.ipv4.conf.default.rp_filter = 1
net.ipv4.conf.default.accept_source_route = 0
kernel.sysrq = 0
kernel.core_uses_pid = 1
net.ipv4.tcp_syncookies = 1
kernel.msgmnb = 65536
kernel.msgmax = 65536
kernel.shmmax = 68719476736
kernel.shmall = 4294967296
net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 6000
net.ipv4.tcp_sack = 1
net.ipv4.tcp_window_scaling = 1
net.ipv4.tcp_rmem = 10240 87380 12582912
net.ipv4.tcp_wmem = 10240 87380 12582912
net.core.wmem_default = 8388608
net.core.rmem_default = 8388608
net.core.rmem_max = 16777216
net.core.wmem_max = 16777216
net.core.netdev_max_backlog = 262144
net.core.somaxconn = 40960
net.ipv4.tcp_max_orphans = 3276800
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 262144
net.ipv4.tcp_timestamps = 0
net.ipv4.tcp_synack_retries = 1
net.ipv4.tcp_syn_retries = 1
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
net.ipv4.tcp_mem = 94500000 915000000 927000000
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 1
net.ipv4.tcp_keepalive_time = 30
net.ipv4.ip_local_port_range = 1024 65000

执行sysctl -p使内核修改生效。

12、关于系统连接数的优化
linux 默认值 open files为1024。查看当前系统值：

# ulimit -n
1024

说明server只允许同时打开1024个文件。

使用ulimit -a 可以查看当前系统的所有限制值，使用ulimit -n 可以查看当前的最大打开文件数。

新装的linux 默认只有1024 ，当作负载较大的服务器时，很容易遇到error: too many open files。因此，需要将其改大，在/etc/security/limits.conf最后增加：

•           soft    nofile           65535
  

•           hard   nofile           65535
  

•           soft    noproc         65535
  

•           hard   noproc         65535
  

三、nginx基本安全优化

3.1 调整参数隐藏Nginx软件版本号信息

在nginx.conf的http标签段内加入server_tokens off 参数

http 
{
    ......
    server_tokens off
    ......
}

3.2 更改源码隐藏Nginx软件名及版本号

第一步是修改依次修改3个Nginx源码文件。

#nginx-1.12.0/src/core/nginx.h 13-17行左右

#define NGINX_VERSION   *1.12.0*  #<==修改成你想要显示版本号如2.2.0
#define NGINX_VER       *nginx/* NGINX_VERSION #<==修改成想要的软件名称，如百度的bfe 自己随便写，如hank/*
#define NGINX_VAR       *NGINX*  #<==对应上面的修改hank

#nginx-1.12.0/src/http/ngx_http_header_filter_module.c 49行左右

static char ngx_http_server_string[] = "Server:nginx " CRLF; #<==修改成Server: hank " CRLF

#nginx-1.12.0/src/http/ngx_http_special_response.c

"<hr><center>" NGINX_VER"</center>" CRLF #<==此处修改" NGINX_VER"（http://1195919021@qq.com）

"<hr><center>Nginx</center>" CRLF #<==此处修改成hank

第二步重新编译nginx(参见(一)中的编译)

3.2 更改Nginx服务的默认用户

nginx默认配置文件是nginx.conf.default

grep "#user" nginx.conf

user  nobody;

防止被攻击者猜到这个Web服务用户，我们需要修改成特殊的用户名。如nginx

为Nginx服务建立新用户

useradd nginx -s /sbin/nologin -M

配置Nginx服务，让其使用刚建立的nginx用户(nginx.conf)
user nginx nginx;

另外可以在编译的时候，直接指定用户和用户组

./configure --user=nginx --group=nginx --prefix=/usr/local/nginx --with-http_stub_status_module --with-http_ssl_module

检查更改用户的效果
重新加载配置后，检查Nginx服务进程的对应用户

ps -ef|grep nginx|grep -v grep