Nginx主动健康检查实现业务平滑转移

原创 已于 2022-07-22 14:07:34 修改 · 1.6k 阅读 · 3 ·
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#nginx #服务器 #运维

于 2022-07-22 11:03:45 首次发布
本文探讨了Nginx的被动式健康检查与淘宝开源插件的主动式检查，详细介绍了如何下载、编译和配置Nginx以启用主动健康检查功能，以及如何设置检查参数和模拟后端服务进行测试。

文章目录

一、概述

Nginx自带健康检查（被动式）: Nginx只有当有访问时后，才发起对后端节点探测。

被动式的缺点是：如果后端有不健康节点，负载均衡器需要通过先将请求发给该不健康节点时，才能发现该节点是否健康，如果不健康会将请求转发给其它后端服务，这样就会导致浪费一次转发。

淘宝团队开发的Nginx开源健康检查插件（主动式）： 第三访模块nginx_upstream_check_module。

在开启健康检查功能后，nginx会根据设置的间隔向指定的后端服务器端口发送健康检查包，并根据期望的HTTP回复状态码来判断服务是否健康。

二、被动式检查

upstream clusterA {
        server 192.168.0.1:8080 max_fails=2 fail_timeout=30s;
        server 192.168.0.2:8081 max_fails=2 fail_timeout=30s;
    }

关键配置项如下：

  • max_fails：默认值为1。设定Nginx与后端服务器通信的尝试失败的次数。在fail_timeout参数定义的时间段内，如果失败的次数达到此值，Nginx就认为服务器不可用。在下一个fail_timeout时间段，服务器不会再被尝试。 设为0就会停止统计尝试次数，即不对后端节点进行健康检查。认为服务器是一直可用的。

  • fail_timeout：默认值为10秒。设定服务器被认为不可用的时间段以及统计失败尝试次数的时间段。在这段时间中，服务器失败次数达到指定的尝试次数max_fails，服务器就被认为不可用。

三、主动式检查

1.下载Nginx

从官方查看最新版本：http://nginx.org/

mkdir -p /opt/software
cd /opt/software
wget http://nginx.org/download/nginx-1.23.0.tar.gz
tar -xvf nginx-1.23.0.tar.gz
2.下载插件

插件下载：https://github.com/yaoweibin/nginx_upstream_check_module

插件说明：http://tengine.taobao.org/document_cn/http_upstream_check_cn.html

cd /opt/software
wget https://github.com/yaoweibin/nginx_upstream_check_module/archive/master.zip
3.打补丁
yum install unzip -y
unzip master.zip
yum install patch -y
cd /opt/software/nginx-1.23.0
patch -p1 < /opt/software/nginx_upstream_check_module-master/check_1.20.1+.patch
4.编译Nginx
cd /opt/software/nginx-1.23.0
# 安装依赖
yum -y install gcc pcre-devel zlib-devel openssl openssl-devel
# 配置，指定编译之后安装目录(--prefix=没有指定安装目录，则默认安装到/usr/local)
./configure --prefix=/usr/local/nginx --add-module=/opt/software/nginx_upstream_check_module-master --with-http_ssl_module
# 编译
make && make install
5.创建软链接
ln -s /usr/local/nginx/sbin/nginx /usr/bin/nginx
[root@localhost nginx]# nginx -v
nginx version: nginx/1.23.0
6.编辑配置文件
cd /usr/local/nginx
vim /usr/local/nginx/conf/nginx.conf

配置文件内容：

worker_processes  1;
events {
    worker_connections  1024;
}

http {
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;
    sendfile        on;
    keepalive_timeout  60;
 
    upstream up_cluster {
        # 将max_fails设置为0，不对后端服务器进行健康检查，同时使fail_timeout参数失效
        server 172.26.20.151:8080 max_fails=0 fail_timeout=120s;
        server 172.26.20.151:8081 max_fails=0 fail_timeout=120s;
        # 10s发送一次，连续成功2次则认为up，连续失败3次则认为down，5s超时
        check interval=10000 rise=2 fall=3 timeout=5000 type=http default_down=true;
        # 向/healthy接口发送GET请求
        check_http_send "GET /healthy HTTP/1.0\r\n\r\n";
        # 默认认为2XX和3XX的状态是健康的
        check_http_expect_alive http_2xx http_3xx;
    }
 
    server {
    		listen       80;
        server_name  localhost;

        location / {
            proxy_pass http://up_cluster;
            proxy_set_header X-Forwarded-Host $host;
            proxy_set_header X-Forwarded-Server $host;
            proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
            proxy_set_header Host $host:$server_port;
        }

        error_page   500 502 503 504  /50x.html;
        location = /50x.html {
            root   html;
        }   
    }
}

参数意义：

  • interval：向后端发送的健康检查包的间隔。
  • fall(fall_count): 如果连续失败次数达到fall_count，服务器就被认为是down。
  • rise(rise_count): 如果连续成功次数达到rise_count，服务器就被认为是up。
  • timeout: 后端健康请求的超时时间。
  • default_down: 设定初始时服务器的状态，如果是true，就说明默认是down的，如果是false，就是up的。默认值是true，也就是一开始服务器认为是不可用，要等健康检查包达到一定成功次数以后才会被认为是健康的。
  • type：健康检查包的类型，现在支持以下多种类型
    • tcp：简单的tcp连接，如果连接成功，就说明后端正常。
    • ssl_hello：发送一个初始的SSL hello包并接受服务器的SSL hello包。
    • http：发送HTTP请求，通过后端的回复包的状态来判断后端是否存活。
    • mysql: 向mysql服务器连接，通过接收服务器的greeting包来判断后端是否存活。
    • ajp：向后端发送AJP协议的Cping包，通过接收Cpong包来判断后端是否存活。
  • port: 指定后端服务器的检查端口。你可以指定不同于真实服务的后端服务器的端口，比如后端提供的是443端口的应用，你可以去检查80端口的状态来判断后端健康状况。默认是0，表示跟后端server提供真实服务的端口一样。该选项出现于Tengine-1.4.0。
7.测试
1.模拟Java服务端
# 8080服务：
@GetMapping("/healthy")
public String healthy() {
    return "{\"code\": 200, \"msg\": \"success!\"}";
}
curl http://172.26.20.151:8080/healthy
状态代码: 200

# 8081服务：
@GetMapping("/healthy")
@ResponseStatus(code = HttpStatus.BAD_REQUEST, reason = "服务异常!")
public String healthy() {
    return "{\"code\": 400, \"msg\": \"bad request!\"}";
}
curl http://172.26.20.151:8080/healthy
状态代码: 400
2.nginx日志
tail -500f /usr/local/nginx/logs/error.log
# 服务8081返回400时
2022/07/21 17:29:31 [error] 9241#0: check protocol http error with peer: 172.26.20.151:8081

# 服务down掉
2022/07/21 11:00:36 [error] 9377#0: send() failed (111: Connection refused)
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server web2:80; # 主动健康检查配置 check interval=5000 rise=2 fall=3 timeout=3000 type=http; check_http_send "HEAD /health HTTP/1.1\r\nHost: localhost\r\n\r\n"; check_http_expect_alive http_2xx http_3xx; } server { listen 80; location / { proxy_pass http://backend; # 请求转发到后端组 } # 健康检查状态页面（可选） location /status { check_status; access_log off; } } } ``` - **关键参数**： - `check interval=5000`：每 5 秒发送一次探测请求。 - `type=http`：使用 HTTP 探测（也可设为 `tcp`）。 - `check_http_send`：定义探测请求（这里发送 HEAD 请求到 `/health` 端点）。 - `check_http_expect_alive`：只有 HTTP 状态码 2xx 或 3xx 被视为健康。 - `rise=2 fall=3`：探测连续成功 2 次标记为健康，失败 3 次标记为故障。 - **数学解释**：健康检查间隔 $t=5000$ ms 和失败阈值 $k=3$ 确保系统在 $t \times k = 15$ 秒内隔离故障节点。 ##### 步骤 4: 运行 Nginx 负载均衡器容器 使用 Docker 命令部署自定义 Nginx 容器，挂载配置文件和网络。 ```bash docker run -d --name nginx-lb \ -v $(pwd)/nginx.conf:/etc/nginx/nginx.conf \ -p 80:80 \ --network nginx-proxy-network \ # 假设已创建网络（引用自 [^3]） custom-nginx:healthcheck ``` - **解释**：此命令运行 Nginx 负载均衡器容器，挂载配置文件，并将其连接到 Docker 网络（确保能与后端容器通信）。关键点是使用了编译的健康检查模块[^4]。 ##### 步骤 5: 测试验证 - 发送请求到 Nginx：`curl http://localhost`（请求会被轮询分发到后端容器）。 - 检查健康状态： - 访问 `http://localhost/status` 查看健康检查页面（显示每个后端节点的状态）。 - 查看容器日志：`docker logs -f nginx-lb` 或后端容器日志（如 `docker logs web1`）。 - 模拟故障：停止一个后端容器（`docker stop web1`），观察 Nginx 状态页面是否将该节点标记为 down，请求自动转移到 web2。 #### 3. **备选方案和注意事项** - **如果无法编译模块**：可使用 Docker 健康检查结合 Nginx 被动机制： - 在 Nginx upstream 中添加 `max_fails=3 fail_timeout=30s`（基于响应失败被动移除节点）。 - 配合 Docker 健康检查，确保不健康的容器被自动重启或隔离（引用自 [^2]）。 - **性能影响**：主动检查会增加轻微负载；调整 `interval` 参数平衡实时性和资源消耗。 - **局限性**：Nginx 开源版的健康检查功能不如 HAProxy 或 Nginx Plus 强大；对于企业级场景，考虑商业版或 HAProxy 替代方案（如引用 [^2] 所述）。 通过以上方法，您可以实现主动健康检查，提升 Docker 和 Nginx 负载均衡的可靠性。此方案已在多个生产环境验证，确保高可用性和易维护性[^1][^4]。
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