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nginx动态配置及服务发现那些事

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08/04
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Reference: http://xiaorui.cc/2016/10/16/nginx%E5%8A%A8%E6%80%81%E9%85%8D%E7%BD%AE%E5%8F%8A%E6%9C%8D%E5%8A%A1%E5%8F%91%E7%8E%B0%E9%82%A3%E4%BA%9B%E4%BA%8B/

次的准备闲聊关于nginx服务发现的话题,  按照我以往写文章的性子，估计会迁移一些主题.  毕竟单纯聊nginx和动态服务发现没啥意思，因我以前的文章有大量的涉及到。

该文章写的有些乱，欢迎来喷 ! 另外文章后续不断更新中，请到原文地址查看更新.    http://xiaorui.cc/?p=3855

nginx upstream相关

我这里就不再精细的讲述nginx的源码, 毕竟我自己也只是粗略看了点nginx的底层代码.  nginx的动态配置肯定是绕不过upstream模块的运作了，他主要的驱动是xxx_pass，比如最常用的proxy_pass, uwsgi_pass。upstream相关配置结构的建立，并不一定是非要配置upstream这个指令才会去做，有时proxy_pass直接就是跟一个ip地址或域名, 他其实隐式的调用upstream 。

那么一个具体的request过程如何跟upstream配置怎么关联起来的?

首先是通过peer.init函数指针初始化，然后根据round robbin算法选择ngx_http_upstream_init_round_robin_peer，每种算法锁出发的函数不一样，这是废话。 从配置上看，凡是请求到location /xxx的request请求，他们都关联到同一个upstream配置，但是既然大家公用一个结构，那么需不需要互斥呢？如果大家都要修改其中的某个成员…

实际上，nginx中一个请求不会中多个进程中同时处理，一个request生老病死都在一个worker内。  每个nginx worker都会监听自己相关的epoll fd事件。 当一个worker争取到了nginx listen fd accept的锁，那么他就可以接收新的request请求，这个请求的创建出的fd会压到他本进程的事件里。 我想说的是，他不会逃到worker里， 因为也没这个必要这么实现，跨多进程传递socket本身是个很蛋疼的实现.

nginx relaod相关

那么nginx upstrem阐述完了，我们再聊聊nginx -s reload.

当你增删改upstream配置的时候，如何让nginx不停服务的重载配置？ nginx -s reload.  reload的实现相对好理解，-s的作用是向master进程发送信号。 其实是SIGHUP信号的封装，也就是说我们可以直接通过kill向nginx的pid发送SIGHUP信号来完成reload操作。 
master通过ngx_signal_handler处理信号，见到reload就重置ngx_reconfigure = 1.

 
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casengx_signal_value(NGX_RECONFIGURE_SIGNAL):  
    ngx_reconfigure = 1;  
    action = ", reconfiguring";  
break;  

这样当ngx_master_process_cycle的for循环中检测到ngx_reconfigure ==1，就开始做重加载配置的操作，通过ngx_start_worker_processes开启新进程，而之前的进程则通过ngx_signal_worker_processes来发送信号进行“优雅”的关闭.  所谓优雅的关闭, 就是让当前真正处理请求的进程等到处理完之后再退出，当然进程不能再次参与accept锁的争夺了.  这样新的请求会拿到listen accept锁，可建立reqeust连接.

如何保证已经建连的连接 ?

如果是短连接，那么在请求完之后，worker会主动发送close()，后面就把fd事件给踢掉。

那么长连接会怎么办？  这个时候长连接是有两种的, 前者是是client 跟 nginx proxy的连接，后者是proxy跟后端服务的连接，比如nginx –> tornado 就属于后者.

nginx proxy主要就是给client提供服务，在对外请求完毕的情况下，右面的连接可有可无了,  当然我们还是操作proxy给后端服务发送close()关闭连接 。 如果发生异常进程退出，后端经过keepalive timeout后进行回收资源.

前者的连接就有点意思了,  当你的请求是http1.1长连接时候，不管是单次请求或者是stream这种流式请求，都会在请求完之后退出。 那么对于客户端有什么影响?  客户端会收到fin的tcp关闭请求，配合nginx关闭连接之后. 当你再次访问nginx的时候，才会重建一个连接…

什么是nginx的动态配置?

到此为止, nginx reload 和 upstream 都过了一遍.  那么动态配置又是什么？ 我们什么时候需要动态配置?

我认为nginx的动态配置可以有这么几种方法.

一种是dns动态解析 ，一种是模板渲染， 一种服务发现动态配置重载.

碰巧，这几种配置我都有在线上用过，我不会单纯的说谁更好，谁更差，因为每个动态配置方法都有他的应用场景.  比如dns动态解析非常适合依赖域名来辨识主机的集群服务，多用在类aws、阿里云这样的云服务.   模板动态配置方法更适合那种大型的运维平台管理体系.    服务发现配置适合那种docker化的服务, 或者类似的微服务框架体系.

第一种， dns动态解析

我们通常在配置nginx upstream的时候都会使用ip地址. 对于那种依赖域名的集群服务，非常适合这样的配置.  因为你修改了一组域名的配置，你如果nginx域名来解析, 就不再重新配置了。 这个dns服务器肯定不能是公网. 内网必须配置一个高性能的dns服务，比如dnsmasq, bind. 另外我们需要注意dns缓存的问题, nginx默认会根据dns server返回的ttl来设置记录的失效时间, 推荐配置成5s .  如果ttl太小，dns也会成为一个瓶颈点.

dns的缺点也明显，那就是ip级别，很多时候一台服务器我们会开N个port,  动态的域名只能跟踪ip的级别, 这样显得很不灵活。  由于nginx dns动态解析多适用于云主机环境，云主机一般是一两个核，所以这是可以接受的.

如果你使用skydns的化，也可以实现我们后面讲述的动态服务发现.

我们可以简单的配置dns模式.:

 
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resolver 10.0.0.1;
set $blog http://service-123.xiaorui.cc;
location / {
    proxy_pass $blog;
}

也可以配置更加的丰富.   我这边用的是tengine。

 
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upstream backend {
    dynamic_resolve fallback=stale fail_timeout=30s;
 
    server a.com;
    server b.com;
}
 
server {
    proxy_pass http://backend;
}

nginx plus版的配置.  相对来说，nginx plus的功能更加丰富点，但是需要收费，我在free期间测试过该功能，通过.

 
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#xiaorui.cc
 
resolver 10.0.0.1;
 
upstream xiaorui.cc {
    zone upstream_dynamic 64k;
    server backend2.example.com:8080 fail_timeout=5s slow_start=30s;
    server backend3.example.com      resolve;
    server backend4.example.com      service=http resolve;
}
 
server {
    location / {
        proxy_pass http://xiaorui.cc;
        health_check;
    }
}

另外可以使用nginx的dns加强版插件. https://github.com/GUI/nginx-upstream-dynamic-servers

第二种，动态模板解析

我在上面有说过动态模板解析的场景一般是那种运维平台系统， 我曾经在全网集群调度平台，智能dns管理系统中使用过这种方法， 他的优点在于系统的集中式管理，本身来说这种管理方式只是把手动的操作变成自动化而已，但这种配置方式相当的稳定，只是每次渲染模板后都需要nginx -s reload.

另外他的开发成本还是不低的，小公司hold不住的，一般各大公司的运维平台多使用这种方式.

简单说下他的实现，比如python语言，我们可以使用jinja2、mako的模板引擎，动态的根据你提供变量渲染配置.

第三种，服务发现模式.

服务发现是这次的重点，博客里有聊过etcd、zookeeper、consul 这三种服务发现的使用及坑.   那么跟nginx是怎么实现的动态加载配置？ 他跟nginx -s reload不一样， reload会重新开一组进程来接收请求，让老进程完事后再退出.    切记，如果你线上流量较大，不要频繁的reload,   因为nginx新老配置交替的时候会掉15%左右的qps .

其实并不一定要按照reload的路子走，我们可以针对nginx进行改造。 让他可以主动去拉取最新的服务发现里的主机.  在github中的不少nginx服务发现的实现，他们不会新开进程，而是在在master进程中注册一个定时器，该事件会触发watch，当发现version的版本号发生变更时，就知道主机列表发生了变化，进而重载配置.   那么如何让worker进程也使用新的配置？  这时候可能不会使用共享变量，因为读写都要加锁，及其影响速度.  所以每个worker都会缓存一份location upstream的配置，每个worker也会有个定时器，他的事件共享内存的upstream有无变化…

优点是什么？  服务发现模式特别适合微服务，更片面的说 docker服务化.    因为docker可以更加弹性的扩展缩减集群的计算架构.    当docker容器起来后，直接给consul注册一个槽位，间隔性的发送健康心跳.  我们不需要管nginx的配置，nginx会自己动态的重载最新的配置.     当我们把docker容器干掉了，由于consul有配置过期自动清理记录，很大程度保证consul服务发现列表的 “纯洁性” .

一个nginx consul的场景图:

下图是etcd的服务发现流程.   服务的提供者会注册到服务注册中心上，请求者在请求之前会访问一次注册中心，从里面取出主机记录才会进一步访问.