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[集群服务] 用Nginx+Redis实现session共享的均衡负载

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yun 黑帽联盟官方人员 

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  • TA的每日心情
    奋斗
    2019-10-18 11:20
  • 签到天数: 678 天

    [LV.9]以坛为家II

    前言
    大学三年多,也做个几个网站和APP后端,老是被人问到,如果用户多了服务器会不会挂,总是很尴尬的回答:“哈哈,我们的用户还少,到了服务器撑不住的时候,估计都上市了吧”。说是这么说,但是对于有强迫症的我,这个问题一直回响在我脑海里,久久不散啊。如今大四下了,终于有时间来深入了解一下这个问题了。

    貌似解决大访问量的方案有硬件和软件两个大类的方法,硬件一般比较贵,学生党就不去考虑了。还是想想怎么用软件解决吧。于是乎,Google,Baidu,balabala... 搜到最多的词就是“均衡负载”,搭配的一般都是Nginx。找到了方向,那就撸起袖子干活吧。

    集群搭建
    首先在vmware12中安装3台debain,命名为debian1,debian2,debian3。一路默认就好(其实并不好,后面会说)。

    vmware有个问题,一旦窗口获得焦点,就自动关闭了小键盘,导致我设置root密码的时候输入为空(它也没提示)。后来我想用su命令才发现密码错误,输入空密码一样错误,就只有找回密码了。

    对于debian来说,这样改:在grub界面光标指向待启动的系统,然后按 e 键进行编辑,如图:
    31.png

    在 quiet 后面加个1(注意要有空格),按F10,你就可以以root身份进入命令行界面的。
    32.png

    这时候就用passwd修改密码,然后reboot就可以了。

    终于打开了,准备试试网络,发现无法访问外网,但是windows主机可以,如果一路默认的话不应该出现问题,最有可能就是杀毒软件把vmware的服务进程给关了(装了360...)。在windows中启动Vmware的DHCP服务
    33.png

    然后虚拟机要reboot一下来获取ip。好了,现在虚拟机可以访问外网了。
    安装nginx,才发现根本连不上,一看才发现是老美的源,应该是一路默认惹的祸啊,修改为科大源(我为母校自豪,哈哈)。
    vi /etc/apt/source.list

    修改为:
    1. deb http://mirrors.ustc.edu.cn/debian/ wheezy main non-free contrib
    2. deb http://mirrors.ustc.edu.cn/debian/ wheezy-proposed-updates main non-free contrib
    3. deb-src http://mirrors.ustc.edu.cn/debian/ wheezy main non-free contrib
    4. deb-src http://mirrors.ustc.edu.cn/debian/ wheezy-proposed-updates main non-free contrib

    5. deb http://mirrors.ustc.edu.cn/debian-security/ wheezy/updates main non-free contrib
    6. deb-src http://mirrors.ustc.edu.cn/debian-security/ wheezy/updates main non-free contrib
    复制代码
    然后执行这个命令来更新: apt-get update
    安装: apt-get install nginx
    启动: /etc/init.d/nginx start
    随便用一个虚拟机开启一个浏览器打开localhost,成功启动,如图:
    34.png

    vi用不惯安装vim: apt-get install vim 报错:
    1. The following packages have unmet dependencies:
    2. vim : Depends: vim-common (= 2:7.3.547-7) but 2:7.4.488-7 is to be installed
    3. E: Unable to correct problems, you have held broken packages.
    复制代码
    可见冲突了,解决方法:
    先执行 apt-get remove vim-common 卸载vim-common
    再进行安装vim,执行 apt-get install vim
    找找nginx的根目录,我们打开配置文件(和Apache一样,配置文件模块化的,不是一个单独的nginx.conf)看一看

    vim /etc/nginx/sites-enabled/default  

    中间有一行

    root /usr/share/nginx/www;
    这就是根目录啦
    修改index.html来区分三台主机
    用ipconfig 分别获得 ip 地址,在windows中访问
    1. debian1  http://192.168.182.128/

    2. debian2  http://192.168.182.129/

    3. debian3  http://192.168.182.130/
    复制代码
    基础尝试
    先来一个小例子,以便对均衡负载产生一个直观的感受吧。
    我们把debian1作为主服务器承担请求分发的任务,即外部访问的是debian1,然后debain1把请求发送给debian2或者debain3,如下图:
    35.png

    在debian1中修改配置文件 :vim /etc/nginx/nginx.conf
    在http配置项中加入如下
    1. upstream site {
    2.       server  192.168.182.129:80;
    3.       server  192.168.182.130:80;
    4. }
    5.   
    6. server{
    7.     listen 80;  
    8.     location / {
    9.         proxy_pass         http://site;
    10.     }
    11. }
    复制代码
    这是选择的轮询的模式保存重启nginx。
    现在在windows中访问debian1,http://192.168.182.128/。多次刷新 可见如下两图依次出现:
    36.png

    37.png

    说明发送给 debian1 的请求的确是均匀分配到 debian2和debian3了,亦即轮询。

    session共享
    上面的例子可以说简单到没有什么实用价值,大型网站一般不可能是纯静态的,一般都涉及到用户登录的问题,那么就涉及到session的问题了。你想用户在A登陆了,A记住了用户的登录状态,可是下一次用户请求被分配到B去了怎么办?显然不可能让用户再登陆一次。所以要实现session共享。一般有几个解决办法:
    • iphash,把特定ip发送给特定主机,就不存在session这个问题了,因为1个用户对应1台主机。但是某时刻当来自某个IP地址的请求特别多,那么将导致某台负载服务器的压力可能非常大,而其他负载服务器却空闲的不均衡情况,这就违背了我们负载均衡的初衷。
    • 搭建redis集群或者memcached集群,用集群自带的同步方法来帮我们在不同的主机中同步session,这样就相当于把原来的一份session变成了N分session(有点浪费,哈哈),session的同步就依赖于NoSql集群的同步了。
    • 不使用session,换作cookie。但是秉承着防御性编程的原则,我们不能相信用户输入,因为cookie可能被禁用,甚至篡改。
    • 单独设置一个session服务器,负载服务器得到一个sessionid过后,去session服务器获得会话状态,然后根据状态来响应用户请求,如果会话状态为空,则在session服务器中设置一个会话状态,然后返回给用户一个sessionid。

    我准备采用方案4,即用debian1作为分发服务器,同时作为session服务器(用redis实现),负载服务器每次都要向分发服务器请求用户的session对应的会话状态,以此决定响应方式。

    php 环境搭建
    • 在debain2,3中搭建php环境

    先在2中修改命令 :
    1. apt-get update    #更新源
    2. apt-get install php5        #安装php5
    3. apt-get install php5-cli        #安装php5 命令行工具
    4. apt-get install php5-fpm
    复制代码
    最后一句就报错了:
    1. The following packages have unmet dependencies:
    2. gnupg : Depends: libreadline6 (>= 6.0) but it is not going to be installed
    3.    Recommends: gnupg-curl but it is not going to be installed
    4.      php5-fpm : Depends: libssl1.0.0 (>= 1.0.0) but it is not going to be installed
    5.      Depends: php5-common (= 5.4.45-0+deb7u2) but it is not going to be installed
    6.      Depends: ucf but it is not going to be installed
    7.      Depends: tzdata but it is not going to be installed
    8.       PreDepends: dpkg (>= 1.16.1~) but it is not going to be installed
    复制代码
    搞了好久也没解决,还是换个fastcgi管理工具吧(回头再来啃一啃):
    1. apt-get install spawn-fcgi
    复制代码
    启动spawn-fcgi:
    1. /usr/bin/spawn-fcgi -a 127.0.0.1 -p 9000 -C 5 -u www-data -g www-data -f /usr/bin/php-cgi
    复制代码
    说明:
    1. -a : PHP FastCGI 绑定IP地址

    2. -p : PHP FastCGI 指定端口

    3. -u : PHP FastCGI 用户名

    4. -g : PHP FastCGI 用户组

    5. -f : 指向 PHP5 fastcgi
    复制代码
    另外
    1. `vim /etc/rc.local`
    复制代码
    加入上述命令使得它开机自启
    配置nginx的php选项(还是看官网比较好,不要到处乱搜):
    1. location ~ [^/]\.php(/|$) {
    2.     fastcgi_split_path_info ^(.+?\.php)(/.*)$;
    3.     if (!-f $document_root$fastcgi_script_name) {
    4.         return 404;
    5.     }

    6.     fastcgi_pass 127.0.0.1:9000;
    7.     fastcgi_index index.php;
    8.     include fastcgi_params;
    9. }
    复制代码
    重启:/etc/init.d/nginx restart
    在根目录中加入1.php
    1. <?php
    2. phpinfo();
    3. ?>
    复制代码
    访问,终于成功了,泪奔
    38.png

    接下来对debain3 如法炮制。总算是完成这一步了。

    redis 环境搭建
    • 在debain1中搭建redis服务器

    命令:
    1. wget http://download.redis.io/releases/redis-2.8.12.tar.gz
    2.     tar xzf redis-2.8.12.tar.gz
    3.     cd redis-2.8.12
    4.     make
    复制代码
    编译成功,运行: ./src/redis-server redis.conf
    修改配置 打开 redis.conf
    • 把 bind 127.0.0.1 修改为 bind 0.0.0.0 即任意主机可以访问
    • 找到“requirepass”字段,在后面加上密码 password

    重启redis服务器:
    1. ./src/redis-cli -h 127.0.0.1 -p 6379 shutdown #关闭
    2.     ./src/redis-server redis.conf 开启
    复制代码
    这时你会发现如果用redis客户端直接访问会报错要输入密码后在能正常使用,如图:
    39.jpg

    • 在debain2,3中配置phpredis

    命令:
    1.     apt-get install php5-dev #php开发者工具,后面编译需要
    2.     wget https://github.com/nicolasff/phpredis/archive/master.tar.gz
    3.     tar xvf master.tar.gz
    4.     cd phpredis-master/
    5.     phpize
    6.     ./configure --enable-redis
    7.     make && make install
    复制代码
    然后修改配置:
    1. vim /etc/php5/cgi/php.ini
    复制代码
    在Dynamic Extensions 后面添加extension=redis.so
    重启服务:还真没找到成熟的解决办法,只有采取笨办法了
    1. lsof -i :9000  #列出该端口相关信息,包含PID
    2. kill -9 pid  # 把上一步显示出来的pid挨个杀死
    3. /usr/bin/spawn-fcgi -a 127.0.0.1 -p 9000 -C 5 -u www-data -g www-data -f /usr/bin/php-cgi  #启动
    复制代码
    测试:在debian3的nginx根目录添加1.php 代码如下:
    1. <?php
    2. $redis_host = '192.168.182.128';
    3. $redis_port = 6379;
    4. $redis_psw = 'password';

    5. $redis = new Redis ();
    6. $redis->connect ( $redis_host, $redis_port );
    7. $redis->auth ( $redis_psw );
    8. $redis->set('a',1);
    9. echo $redis->get('a');

    10. ?>
    复制代码
    结果如下:
    40.png

    可见是成功了,对debian2如法炮制,效果一样

    逻辑实现
    负载服务器查看客户端是否带有sessionid这个参数,如果有,则去session服务器获取会话状态并返回结果,否则产生一个session和会话状态存入session服务器并返回sessionid给客户端。这是一个大概的逻辑轮廓,细节就不讨论了,实现如下:
    • 修改debian2,3的nginx配置文件使得默认路径是index.php 而非 index.html,同时删掉原有的index.html,加入index.php。重启。
    • index.php 代码如下:
      <?php
      //初始化连接
      $redis_host = '192.168.182.128';
      $redis_port = 6379;
      $redis_psw = 'password';
      $redis = new Redis ();
      $redis->connect ( $redis_host, $redis_port );
      $redis->auth ( $redis_psw );
      $sessionid = ceil($_GET['sessionid']);
      $hostname = 'debian2';//debian3就要改成debian3
      if(empty($sessionid)){//没有sessionid
      $sessionid = rand(10000000,99999999);//简便起见产生8位数字作为有效id$status = '已经登陆,由 '.$hostname.' 设置session';$redis->set($sessionid,$status);//保存$data = array('当前站点'=>$hostname,'sessionid'=>$sessionid,'info'=>'这是您第一次登陆');echo json_encode($data,JSON_UNESCAPED_UNICODE);exit();
      }
      $status = $redis->get($sessionid);
      if(empty($status)){//sessionid无效
      $sessionid = rand(10000000,99999999);//简便起见产生8位数字作为有效id$status = '已经登陆,由 '.$hostname.' 设置session';$redis->set($sessionid,$status);$data = array('当前站点'=>$hostname,'sessionid'=>$sessionid,'info'=>'这是您第一次登陆');echo json_encode($data,JSON_UNESCAPED_UNICODE);exit();
      }
      $data = array('当前站点'=>$hostname,'sessionid'=>$sessionid,'info'=>$status);
      echo json_encode($data,JSON_UNESCAPED_UNICODE);
      exit();
      ?>
    • 测试

    首次访问debian1
    41.png
    再次访问debain1,这里就出了点问题,不知道为什么,一直发送到到debian2,连续尝试很多次,没有一次请求到debian3,根本就没有轮询啊。但是过了几分钟再次访问debian1
    42.png
    请求就发送到debian3了,我估计是用了php过后,nginx把一小段时间内的请求发送到同一主机了,但是一大段时间上还是轮询的。
    但是我换了个浏览器过后,又变成每次轮询了。一头汗...... 所以这还是和浏览器有关的?(暂时搞不定。回头再看看,先换个浏览器)
    首次访问debian1
    43.png

    再次访问debian1
    44.png

    带上sessionid首次访问debian1
    45.png

    带上sessionid再次次访问debian1
    46.png

    可见的确是达到了均衡负载同时session共享的目的。

    总结
    这篇文章写下来可真是费了些力气,中间出了好多错,不过一个一个有耐心的解决掉,最后出来的结果还是令人挺有成就感的。毕竟心里的一块大石算是落了。以后有空再尝试一下其他几种方法。

    PS : 修改配置文件的时候,一定要先备份再修改,不然出了问题都不能恢复。

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    2019-9-27 16:27
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    [LV.8]以坛为家I

    好深奥啊,唉
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