Nginx upstream性能优化

1      目的

完成基于大报文和小报文场景的Nginx压测方案设计，其在长连接和短连接的最佳并发模型测试结果如下表：

大报文在短连接场景QPS在1.8K左右，在长连接场景QPS在2.1K左右，提升16.5%；

小报文在短连接场景QPS在5.6K左右，在长连接场景QPS在11.8K左右，提升一倍；

业务场景	Nginx到后端	并发量	QPS	CPU(%)	带宽(M)	PPS
大报文	短连接	800	1855	61.31	763.48	142425.46
大报文	长连接	800	2162	66.74	881.56	133334.1
小报文	短连接	800	5678	43.35	117.64	104862.72
小报文	长连接	800	11808	60.55	226.45	151743.24

2      介绍

在nginx的模块中，分为3种类型，分别是handler，filter和upstream，其中upstream可以看做一种特殊的handler，它主要用来实现和后端另外的服务器(php/jboss等)进行通信，由于在nginx中全部都是使用非阻塞，并且是一个流式的处理，所以upstream的实现很复杂。

upstream顾名思义，真正产生内容的地方在”上游”而不是nginx，也就是说nginx是位于client和后端的upstream之间的桥梁，在这种情况下，一个upstream需要做的事情主要有2个，第一个是当client发送http请求过来之后，需要创建一个到后端upstream的请求。第二个是当后端发送数据过来之后，需要将后端upstream的数据再次发送给client。

2.1      Nginx Upstream连接后端有两种方式：短连接和长连接。

Keep-Alive即俗称的长连接，使客户端到服务端建立的连接持续有效，当对服务器发起后续请求时，Keep-Alive功能可以复用先前使用过的连接，减少了重新建立连接所需的开销。通常使用HTTP协议采用的是请求应答模式，客户端到服务端的一次请求完成了，它们之间的连接也随之关闭。在某些应用场景下，比如后端RESTful服务，就需要保持住连接，这时就可以启用HTTP Keep-Alive。Nginx长连接的配置：

upstream backend-others {

server 10.x.x.x max_fails=0 fail_timeout=10s;

server 10.x.x.x:81 max_fails=0 fail_timeout=10s;

keepalive 20000;

}

location / {

#防止502以及Timeout的发生

proxy_connect_timeout 75;

proxy_read_timeout 300;

proxy_send_timeout 300;

proxy_buffer_size 64k;

proxy_buffers   4 64k;

proxy_busy_buffers_size 128k;

proxy_temp_file_write_size 128k;

proxy_http_version 1.1;

proxy_set_header Connection "";

proxy_pass http://backend-others;

}

1   server

定义服务器的地址address和其他参数parameters。 地址可以是域名或者IP地址，端口是可选的，或者是指定“unix:”前缀的UNIX域套接字的路径。如果没有指定端口，就使用80端口。 如果一个域名解析到多个IP，本质上是定义了多个server。还可以定义下面的参数：

1)  weight=number 设定服务器的权重，默认是1。

2)  max_fails=number 设定Nginx与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。 失败的尝试次数默认是1。设为0就会停止统计尝试次数，认为服务器是一直可用的。你可以通过指令proxy_next_upstream、 fastcgi_next_upstream和 memcached_next_upstream来配置什么是失败的尝试。 默认配置时，http_404状态不被认为是失败的尝试。

3)  fail_timeout=time 设定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，服务器就被认为不可用。服务器被认为不可用的时间段。默认情况下，该超时时间是10秒。

4)  Backup 标记为备用服务器。当主服务器不可用以后，请求会被传给这些服务器。

5)  Down 标记服务器永久不可用，可以跟ip_hash指令一起使用。

2   默认的是RR轮询。

3   ip_hash

指定服务器组的负载均衡方法，请求基于客户端的IP地址在服务器间进行分发。 IPv4地址的前三个字节或者IPv6的整个地址，会被用来作为一个散列key。 这种方法可以确保从同一个客户端过来的请求，会被传给同一台服务器。除了当服务器被认为不可用的时候，这些客户端的请求会被传给其他服务器，而且很有可能也是同一台服务器。可以解决session和cookie的问题，但会导致负载不均衡。

4   keepalive

激活对上游服务器的连接进行缓存。connections参数设置每个worker进程与后端服务器保持连接的最大数量。这些保持的连接会被放入缓存。如果连接数大于这个值时，最久未使用的连接会被关闭。需要注意的是，keepalive指令不会限制Nginx进程与上游服务器的连接总数。 新的连接总会按需被创建。connections参数应该稍微设低一点，以便上游服务器也能处理额外新进来的连接。

1)  对于HTTP代理，proxy_http_version指令应该设置为“1.1”，同时“Connection”头的值也应被清空。

2)  另外一种选择是，HTTP/1.0协议的持久连接也可以通过发送“Connection: Keep-Alive”头来实现。不过不建议这样用。

3)  对于FastCGI的服务器，需要设置 fastcgi_keep_conn 指令来让连接keepalive工作。当使用的负载均衡方法不是默认的轮转法时，必须在keepalive 指令之前配置。

5   proxy_connect_timeout

默认是60s,设置与后端服务器建立连接的超时时间。应该注意这个超时一般不可能大于75秒。

proxy_read_timeout默认60s,定义从后端服务器读取响应的超时。此超时是指相邻两次读操作之间的最长时间间隔，而不是整个响应传输完成的最长时间。如果后端服务器在超时时间段内没有传输任何数据，连接将被关闭。

6   proxy_send_timeout

默认60s, 定义向后端服务器传输请求的超时。此超时是指相邻两次写操作之间的最长时间间隔，而不是整个请求传输完成的最长时间。如果后端服务器在超时时间段内没有接收到任何数据，连接将被关闭。

7   proxy_buffer_size

设置缓冲区的大小为size。nginx从被代理的服务器读取响应时，使用该缓冲区保存响应的开始部分。这部分通常包含着一个小小的响应头。该缓冲区大小默认等于proxy_buffers指令设置的一块缓冲区的大小，但它也可以被设置得更小。

8   proxy_buffers为每个连接设置缓冲区的数量为number，每块缓冲区的大小为size。这些缓冲区用于保存从被代理的服务器读取的响应。每块缓冲区默认等于一个内存页的大小。这个值是4K还是8K，取决于平台。

9   proxy_busy_buffers_size

当开启缓冲响应的功能以后，在没有读到全部响应的情况下，写缓冲到达一定大小时，nginx一定会向客户端发送响应，直到缓冲小于此值。这条指令用来设置此值。 同时，剩余的缓冲区可以用于接收响应，如果需要，一部分内容将缓冲到临时文件。该大小默认是proxy_buffer_size和proxy_buffers指令设置单块缓冲大小的两倍。

10  proxy_temp_file_write_size

在开启缓冲后端服务器响应到临时文件的功能后，设置nginx每次写数据到临时文件的size(大小)限制。 size的默认值是proxy_buffer_size指令和proxy_buffers指令定义的每块缓冲区大小的两倍， 而临时文件最大容量由proxy_max_temp_file_size指令设置。

2.2      后端服务器的配置

	位置	参数名	默认值
Tomcat	Server.xml	Connector标签下的maxKeepAliveRequests	100
Nginx	Server模块	keepalive_requests	100

修改相应的值以适应Nginx Upstream的配置需求，如Nginx的keepalive_requests配置为20000。而在Tomcat中的maxKeepAliveRequests官方建议最大值是200，请根据实际需求测试结果来配置。

upstream backend-others {

server 10.123.73.242:81 max_fails=0 fail_timeout=10s;

server 10.123.73.244:81 max_fails=0 fail_timeout=10s;

server 10.123.73.245:81 max_fails=0 fail_timeout=10s;

server 10.123.73.246:81 max_fails=0 fail_timeout=10s;

server 10.123.73.248:81 max_fails=0 fail_timeout=10s;

server 10.123.73.249:81 max_fails=0 fail_timeout=10s;

server 10.123.73.247:81 max_fails=0 fail_timeout=10s;

keepalive 20000;

}

location / {

#防止502以及Timeout的发生

proxy_connect_timeout 75;

proxy_read_timeout 300;

proxy_send_timeout 300;

proxy_buffer_size 64k;

proxy_buffers   4 64k;

proxy_busy_buffers_size 128k;

proxy_temp_file_write_size 128k;

proxy_http_version 1.1;

proxy_set_header Connection "";

proxy_pass http://backend-others;

}

1   server定义服务器的地址address和其他参数parameters。 地址可以是域名或者IP地址，端口是可选的，或者是指定“unix:”前缀的UNIX域套接字的路径。如果没有指定端口，就使用80端口。 如果一个域名解析到多个IP，本质上是定义了多个server。还可以定义下面的参数：

1)  weight=number 设定服务器的权重，默认是1。

2)  max_fails=number 设定Nginx与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。 失败的尝试次数默认是1。设为0就会停止统计尝试次数，认为服务器是一直可用的。你可以通过指令proxy_next_upstream、 fastcgi_next_upstream和 memcached_next_upstream来配置什么是失败的尝试。 默认配置时，http_404状态不被认为是失败的尝试。

3)  fail_timeout=time 设定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，服务器就被认为不可用。服务器被认为不可用的时间段。默认情况下，该超时时间是10秒。

4)  Backup 标记为备用服务器。当主服务器不可用以后，请求会被传给这些服务器。

5)  Down 标记服务器永久不可用，可以跟ip_hash指令一起使用。

2   默认的是RR轮询。

3   ip_hash指定服务器组的负载均衡方法，请求基于客户端的IP地址在服务器间进行分发。 IPv4地址的前三个字节或者IPv6的整个地址，会被用来作为一个散列key。 这种方法可以确保从同一个客户端过来的请求，会被传给同一台服务器。除了当服务器被认为不可用的时候，这些客户端的请求会被传给其他服务器，而且很有可能也是同一台服务器。可以解决session和cookie的问题，但会导致负载不均衡。

4   keepalive激活对上游服务器的连接进行缓存。connections参数设置每个worker进程与后端服务器保持连接的最大数量。这些保持的连接会被放入缓存。如果连接数大于这个值时，最久未使用的连接会被关闭。需要注意的是，keepalive指令不会限制Nginx进程与上游服务器的连接总数。 新的连接总会按需被创建。connections参数应该稍微设低一点，以便上游服务器也能处理额外新进来的连接。

1)  对于HTTP代理，proxy_http_version指令应该设置为“1.1”，同时“Connection”头的值也应被清空。

2)  另外一种选择是，HTTP/1.0协议的持久连接也可以通过发送“Connection: Keep-Alive”头来实现。不过不建议这样用。

3)  对于FastCGI的服务器，需要设置 fastcgi_keep_conn 指令来让连接keepalive工作。当使用的负载均衡方法不是默认的轮转法时，必须在keepalive 指令之前配置。

5   proxy_connect_timeout 默认是60s,设置与后端服务器建立连接的超时时间。应该注意这个超时一般不可能大于75秒。

proxy_read_timeout默认60s,定义从后端服务器读取响应的超时。此超时是指相邻两次读操作之间的最长时间间隔，而不是整个响应传输完成的最长时间。如果后端服务器在超时时间段内没有传输任何数据，连接将被关闭。

6   proxy_send_timeout默认60s, 定义向后端服务器传输请求的超时。此超时是指相邻两次写操作之间的最长时间间隔，而不是整个请求传输完成的最长时间。如果后端服务器在超时时间段内没有接收到任何数据，连接将被关闭。

7   proxy_buffer_size设置缓冲区的大小为size。nginx从被代理的服务器读取响应时，使用该缓冲区保存响应的开始部分。这部分通常包含着一个小小的响应头。该缓冲区大小默认等于proxy_buffers指令设置的一块缓冲区的大小，但它也可以被设置得更小。

8   proxy_buffers为每个连接设置缓冲区的数量为number，每块缓冲区的大小为size。这些缓冲区用于保存从被代理的服务器读取的响应。每块缓冲区默认等于一个内存页的大小。这个值是4K还是8K，取决于平台。

9   proxy_busy_buffers_size当开启缓冲响应的功能以后，在没有读到全部响应的情况下，写缓冲到达一定大小时，nginx一定会向客户端发送响应，直到缓冲小于此值。这条指令用来设置此值。 同时，剩余的缓冲区可以用于接收响应，如果需要，一部分内容将缓冲到临时文件。该大小默认是proxy_buffer_size和proxy_buffers指令设置单块缓冲大小的两倍。

10  proxy_temp_file_write_size在开启缓冲后端服务器响应到临时文件的功能后，设置nginx每次写数据到临时文件的size(大小)限制。 size的默认值是proxy_buffer_size指令和proxy_buffers指令定义的每块缓冲区大小的两倍， 而临时文件最大容量由proxy_max_temp_file_size指令设置。

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	位置	参数名	默认值
Tomcat	Server.xml	Connector标签下的maxKeepAliveRequests	100
Nginx	Server模块	keepalive_requests	100

修改相应的值以适应Nginx Upstream的配置需求，如Nginx的keepalive_requests配置为20000。而在Tomcat中的maxKeepAliveRequests官方建议最大值是200，请根据实际需求测试结果来配置。