Nginx 流量控制/限流的具體實現(xiàn)示例

更新時間：2024年07月02日 10:46:18 作者：TA548464

限流是一種流量控制手段,用于限制單位時間內(nèi)可以通過系統(tǒng)的請求數(shù)或連接數(shù),本文主要介紹了Nginx流量控制/限流的具體實現(xiàn)示例,具有一定的參考價值,感興趣的可以了解一下

1. Nginx 限流介紹

Nginx 限流是一種用于控制并發(fā)連接數(shù)或請求速率的機制，旨在保護服務器免受過多的請求影響，防止因請求過載而導致系統(tǒng)性能下降或崩潰。對 Nginx 限流的介紹可能涉及以下幾個關鍵點：

什么是限流： 限流是一種流量控制手段，用于限制單位時間內(nèi)可以通過系統(tǒng)的請求數(shù)或連接數(shù)。這有助于防止系統(tǒng)超負荷運行，保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可用性。
為何需要限流： 在高并發(fā)的網(wǎng)絡環(huán)境中，突然涌入的大量請求可能會超出服務器的處理能力，導致性能下降甚至崩潰。通過限流，可以平滑處理請求，防止服務器不堪重負。
Nginx限流配置： 在 Nginx 中，限流通常通過 ngx_http_limit_req_module 模塊來實現(xiàn)。該模塊允許你定義請求的速率限制，以及對超出限制的請求進行處理的方式，例如返回503錯誤或進入排隊等待。
限流算法： Nginx 默認使用令牌桶算法進行限流。該算法基于令牌桶的概念，每個令牌代表一個請求。系統(tǒng)以一定的速率往令牌桶中放入令牌，請求時需要從令牌桶中取出令牌，當令牌不足時進行限流處理。
監(jiān)控和調(diào)優(yōu)： 監(jiān)控 Nginx 的限流情況，并在需要時進行調(diào)優(yōu)。監(jiān)控可以通過 Nginx 的日志或?qū)I(yè)監(jiān)控工具實現(xiàn)，而調(diào)優(yōu)可能涉及到調(diào)整限流參數(shù)、合理設置令牌桶容量等。

2. Nginx 如何限流？

漏桶算法是一種經(jīng)典的流量控制算法，它以固定的速率接收請求，并以固定的速率處理請求，超過容量的請求將被丟棄或排隊等待。
在 Nginx 中，使用 ngx_http_limit_req_module 模塊來實現(xiàn)流量限制，其中漏桶算法是默認的限流算法。

以下是漏桶算法在 Nginx 中的一般工作原理：

令牌桶初始化： 在配置中，使用 limit_req_zone 指令來定義一個共享內(nèi)存區(qū)域，作為令牌桶的存儲。這個令牌桶會以指定的速率生成令牌。

http {
    limit_req_zone $binary_remote_addr zone=mylimit:10m rate=1r/s;
    # 其他配置...
}

令牌生成： 令牌桶以每秒1個的速率生成令牌。每個令牌表示一個允許通過的請求。

請求處理： 當有請求到達時，Nginx 會嘗試從令牌桶中獲取一個令牌。如果成功獲取到令牌，請求將被處理；否則，請求將被拒絕或進入排隊等待，具體取決于配置。

server {
    location / {
        limit_req zone=mylimit burst=5;
        # 其他配置...
    }
}

在這個例子中，burst=5表示在令牌桶為空時，允許瞬時突發(fā)的最大請求數(shù)為5。

漏桶補充： 每秒固定生成的令牌會不斷補充令牌桶，但令牌桶的容量是有限的。如果請求過多，超過了令牌桶的容量，多余的請求將被丟棄或進行相應的處理。

通過使用漏桶算法，Nginx能夠有效地控制請求的流量，防止過多的請求影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。這對于保護服務器免受突發(fā)大流量的沖擊是非常有用的。

3. Nginx 限流配置詳解

Nginx 限流需要使用 ngx_http_limit_req_module 模塊實現(xiàn)
“流量限制”配置兩個主要的指令，limit_req_zone 和 limit_req：

limit_req_zone 指令設置創(chuàng)建共享內(nèi)存區(qū)，用于存儲限制請求的相關狀態(tài)，但是它實際上并不限制請求速率的配置

拓展：共享內(nèi)存區(qū)域的作用

共享內(nèi)存區(qū)域是一種可以被多個進程或線程同時訪問的內(nèi)存區(qū)域。
在 Nginx 中，limit_req_zone 指令定義的共享內(nèi)存區(qū)域用于存儲客戶端請求的限制信息，例如請求的時間戳、請求計數(shù)器等。多個nginx worker進程可以同時訪問這個共享內(nèi)存區(qū)域，這樣就可以實現(xiàn)對客戶端請求的全局限制。
共享內(nèi)存區(qū)域的優(yōu)點是：訪問速度快、效率高，因為多個進程可以直接訪問同一塊內(nèi)存，避免了進程間通信的開銷。
但是需要注意的是，共享內(nèi)存區(qū)域的大小是有限制的，如果定義的區(qū)域過小，可能會導致無法存儲足夠的請求信息，從而影響限制的效果。因此，在使用共享內(nèi)存區(qū)域時，需要根據(jù)實際情況選擇合適的大小。
所以需要通過添加 limit_req 指令用于啟用前面定義的共享內(nèi)存區(qū),從而實際限制請求速率
應用在特定的 location 或者 server 塊。

limit_req_zone 指令通常在HTTP塊中定義，它需要以下三個參數(shù)：

limit_req_zone $variable zone=name:size rate=rate;$variable為限制的鍵值，可以是IP地址、HTTP頭部等；

name為共享內(nèi)存區(qū)域的名字；
size為共享內(nèi)存區(qū)域的大?。?/li>
rate為限制速率，即每秒鐘處理的請求數(shù)量。

4. Nginx 限流實驗1

4.1. 環(huán)境準備

IP	作用	備注
192.168.221.130	nginx-proxy	反向代理服務器
192.168.221.136	nginx-backend	后端服務器
192.168.221.138	ab壓測服務器	對反向代理服務器對壓測

4.2. 后端服務器配置

//192.168.221.136配置：
[root@localhost conf.d]# vim login.conf
server {
        listen 80;
        server_name www.Jltlogin.com;
        location /login {
                root    /usr/share/nginx/html;
                index   index.html index.html;
                }
}
?
//配置html文件
[root@localhost ~]# vim /usr/share/nginx/html/login/index.html
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <title>登錄頁面</title>
  <style>
    body {
      background-color: #f2f2f2; 
      font-family: Arial;
    }
    .login-box {
      width: 300px;
      padding: 20px;
      margin: 100px auto;
      background-color: #fff;
      border-radius: 10px;  
    }
    h1 {
      text-align: center; 
    }
    input[type=text], input[type=password] {
      width: 100%;
      padding: 12px 20px;
      margin: 8px 0;
      box-sizing: border-box; 
      border: 2px solid #ccc;
      border-radius: 4px;
    }
    button[type=submit] {
      width: 100%;
      background-color: #4CAF50;
      color: white;
      padding: 14px 20px;
      margin: 8px 0;
      border: none;
      border-radius: 4px;
      cursor: pointer;
    }
    button[type=submit]:hover {
      background-color: #45a049;
    }
  </style>
</head>?
<body>
  <div class="login-box">
    <h1>登錄</h1>
    <form>
      <label for="username">用戶名:</label>
      <input type="text" id="username" name="username"><br><br>
      <label for="password">密碼:</label>  
      <input type="password" id="password" name="password"><br><br>
      <button type="submit">登錄</button>
    </form>
  </div>
</body>
</html>
?
[root@localhost login]# nginx -t
nginx: the configuration file /etc/nginx/nginx.conf syntax is ok
nginx: configuration file /etc/nginx/nginx.conf test is successful
[root@localhost login]# systemctl restart nginx

本地host文件做好解析（windows中）
192.168.221.136 www.Jltlogin.com

瀏覽器訪問測試，保證源站訪問正常
http://www.Jltlogin.com/login

4.3. 反向代理服務器配置

limit_req_zone $binary_remote_addr zone=mylimit:10m rate=1r/s;?Key - 定義應用限制的請求特性。示例中的 Nginx 變量$binary_remote_addr，保存客戶端IP地址的二進制形式。
?Zone - 定義用于存儲每個IP地址狀態(tài)以及被限制請求URL訪問頻率的內(nèi)存區(qū)域。通過zone=mylimit 標識區(qū)域的名字（自定義），冒號后面是區(qū)域大小。16000個IP地址的狀態(tài)信息，大約需要1MB。
?Rate - 連接請求。在該例子中，速率不能超過每秒1個請求。

#192.168.221.130
[root@localhost ~]$ cd /etc/nginx/conf.d/
[root@localhost conf.d]$ vim  limit.conf 
limit_req_zone $binary_remote_addr zone=mylimit:10m rate=1r/s;
?
upstream myweb {
    server 192.168.221.136:80 weight=1 max_fails=1 fail_timeout=1;
}
?
   server {
        listen 80; 
        server_name www.Jltlogin-proxy.com;
?
        location /login {
           limit_req zone=mylimit;
           proxy_pass http://myweb;
           proxy_set_header Host $host:$server_port;
           proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
           proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
       }   
}
?
#不使用upstream
#limit_req_zone $binary_remote_addr zone=mylimit:10m rate=1r/s;
#   server {
#        listen 80; 
#        server_name www.Jltlogin-proxy.com;
#        location /login {
#           limit_req zone=mylimit;
#           proxy_pass http://www.Jltlogin.com;
#           proxy_set_header Host $host:$server_port;
#           proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
#           proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
#       }   
#}
?
#嘗試主配置文件http中修改添加，隱藏nginx版本
vim /etc/nginx/nginx.conf   #在http中添加
server_tokens off;

配置本地host文件（138中，壓力測試）
192.168.221.136 www.Jltlogin.com?

配置本地host文件（windows中）
192.168.221.130 www.Jltlogin-proxy.com

?瀏覽器訪問測試
http://www.Jltlogin-proxy.com/login/
一秒一次/一秒鐘多次訪問（一秒多次按Ctrl+F5）

4.4. 對反向代理服務器進行壓力測試

//192.168.221.138安裝壓力測試工具
[root@localhost ~]# yum install httpd-tools
?
//添加hosts解析
[root@localhost ~]# cat /etc/hosts
127.0.0.1   localhost localhost.localdomain localhost4 localhost4.localdomain4
::1         localhost localhost.localdomain localhost6 localhost6.localdomain6
?
192.168.221.130 www.Jltlogin-proxy.com
?
[root@localhost ~]# curl  -I www.Jltlogin-proxy.com/login
HTTP/1.1 301 Moved Permanently
Server: nginx/1.24.0
Date: Sat, 29 Jul 2023 09:51:58 GMT
Content-Type: text/html
Content-Length: 169
Connection: keep-alive
Location: http://www.Jltlogin-proxy.com/login/
?
[root@localhost ~]# ab -n1000 -c2 http://www.Jltlogin-proxy.com/login
-n 請求數(shù)
-c 并發(fā)數(shù)
?
//130代理機器看錯誤日志：
[root@localhost nginx]# tailf /var/log/nginx/error.log 
2023/07/29 17:55:28 [error] 3996#3996: *1053 limiting requests, excess: 0.112 by zone "mylimit", client: 192.168.221.136, server: www.Jltlogin-proxy.com, request: "GET /login HTTP/1.0", host: "www.Jltlogin-proxy.com"

日志字段

limiting requests - 表明日志條目記錄的是被“流量限制”請求
excess - 每毫秒超過對應“流量限制”配置的請求數(shù)量
zone - 定義實施“流量限制”的區(qū)域
client - 發(fā)起請求的客戶端IP地址
server - 服務器IP地址或主機名
request - 客戶端發(fā)起的實際HTTP請求
host - HTTP報頭中host的值

//130查看訪問日志出現(xiàn)503
[root@localhost nginx]# tail -f /var/log/nginx/access.log 
192.168.221.136 - - [29/Jul/2023:17:55:28 +0800] "GET /login HTTP/1.0" 503 197 "-" "ApacheBench/2.3" "-"

5. Nginx 限流實驗2

#192.168.221.130反向代理服務器操作
[root@localhost conf.d]$ cp limit.conf{,.bak} 
[root@localhost conf.d]$ vim limit.conf
limit_req_zone $binary_remote_addr zone=mylimit:10m rate=1r/s;
?
upstream myweb {
    server 192.168.221.136:80 weight=1 max_fails=1 fail_timeout=1;
}
?
   server {
        listen 80; 
        server_name www.Jltlogin-proxy.com;
?
        location /login {
           limit_req zone=mylimit burst=5;
           #limit_req zone=mylimit burst=5 nodelay; 
           proxy_pass http://myweb;
           proxy_set_header Host $host:$server_port;
           proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
           proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
       }   
}

burst=5 表示最大延遲請求數(shù)量不大于5。超出的請求返回503狀態(tài)碼。
limit_req zone=mylimit burst=5;這意味著在任何給定的一秒鐘內(nèi)，只有 5 個請求會被允許通過。如果超過了這個限制，請求將會被暫時延遲，直到可以被處理為止。

?limit_req zone=mylimit burst=5 nodelay;該指令與上一個指令非常相似，但是添加了 nodelay 參數(shù)。
這個參數(shù)的作用是在達到限速閾值時不會延遲請求的處理。也就是說，如果超過了限速閾值，請求將不會被延遲，而是立即被處理。這可能會對服務器的性能產(chǎn)生【負面】影響，因為服務器需要處理更多的請求。但是，這樣做可以提高用戶體驗，因為用戶不需要等待請求被處理。

?//?192.168.221.138壓力測試服務器操作：
[root@localhost ~]# cat /etc/hosts
127.0.0.1   localhost localhost.localdomain localhost4 localhost4.localdomain4
::1         localhost localhost.localdomain localhost6 localhost6.localdomain6
//添加host解析
192.168.221.130 www.Jltlogin-proxy.com
?
//開始做壓力測試
[root@localhost ~]# ab -n1000 -c50 http://www.Jltlogin-proxy.com/login
?
?
//192.168.221.130 反向代理機器上面看日志
[root@localhost ~]# tail -f /var/log/nginx/access.log
192.168.221.130 - - [29/Jul/2023:21:08:23 +0800] "GET /login HTTP/1.0" 301 169 "-" "ApacheBench/2.3" "-"
192.168.221.130 - - [29/Jul/2023:21:08:23 +0800] "GET /login HTTP/1.0" 503 197 "-" "ApacheBench/2.3" "-"

#nodelay：不延遲轉(zhuǎn)發(fā)請求。
………
 location /login {
           #limit_req zone=mylimit burst=5;
           limit_req zone=mylimit burst=5 nodelay;  
           #delay：延遲
           proxy_pass http://myweb;
…………

[root@localhost conf.d]# nginx -t
nginx: the configuration file /etc/nginx/nginx.conf syntax is ok
nginx: configuration file /etc/nginx/nginx.conf test is successful
[root@localhost conf.d]# systemctl restart nginx
?
//138繼續(xù)進行壓力測試
[root@localhost ~]# ab -n1000 -c50 http://www.Jltlogin-proxy.com/login
//nodelay會使處理請求的速度變得要快很多，一下就處理完了
?
//192.168.221.130 反向代理機器上面看日志
[root@localhost ~]# tail -f /var/log/nginx/access.log
192.168.221.138 - - [29/Jul/2023:21:12:24 +0800] "GET /login HTTP/1.0" 301 169 "-" "ApacheBench/2.3" "-"
192.168.221.138 - - [29/Jul/2023:21:12:24 +0800] "GET /login HTTP/1.0" 503 197 "-" "ApacheBench/2.3" "-"

總結(jié)：

如果不加nodelay只有burst的時候，只會延遲轉(zhuǎn)發(fā)請求超過限制的請求出現(xiàn)503錯誤
舉例來說，burst=5，那么1秒內(nèi)收到7個請求，會先處理前5個，第6和第7個請求會被推遲到下一秒處理，如果接下來很長時間依然超過5個請求，第6和第7個請求最后會收到503錯誤。

如果nodelay和burst參數(shù)都有，則不會延遲轉(zhuǎn)發(fā)請求，并且超出規(guī)定的請求次數(shù)會返回503
可以理解為nodelay確保所有請求都得到及時處理，但不會改變burst的限制效果，超限的請求仍會是503。

6. 自定義返回錯誤代碼

一般情況下，客戶端超過配置的流量限制時，Nginx 響應狀態(tài)碼為 503(Service Temporarily Unavailable)。
我們可以使用 limit_req_status 指令來設置為其它狀態(tài)碼（例如下面的404狀態(tài)碼）

//130反向代理服務器操作：
[root@localhost conf.d]# vim  limit.conf 
limit_req_zone $binary_remote_addr zone=mylimit:10m rate=1r/s;
?
upstream myweb {
    server 192.168.221.136:80 weight=1 max_fails=1 fail_timeout=1;
}
?
   server {
        listen 80; 
        server_name www.Jltlogin-proxy.com;
?
        location /login {
           limit_req zone=mylimit;
           limit_req_status 404;    #自定義限流的錯誤代碼為404
           proxy_pass http://myweb;
           proxy_set_header Host $host:$server_port;
           proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
           proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
       }   
}
?
[root@localhost conf.d]# nginx -t
nginx: the configuration file /etc/nginx/nginx.conf syntax is ok
nginx: configuration file /etc/nginx/nginx.conf test is successful
[root@localhost conf.d]# systemctl restart nginx
?//138進行壓力測試：
[root@nginx-yum ~]# ab -n10 -c5 http://www.Jltlogin-proxy.com/login
?//130反向代理服務器查看日志
[root@localhost conf.d]# tailf /var/log/nginx/access.log
192.168.221.138 - - [29/Jul/2023:21:17:33 +0800] "GET /login HTTP/1.0" 301 169 "-" "ApacheBench/2.3" "-"
192.168.221.138 - - [29/Jul/2023:21:17:33 +0800] "GET /login HTTP/1.0" 404 153 "-" "ApacheBench/2.3" "-"
//404 153：狀態(tài)碼、返回的數(shù)據(jù)長度，單位通常是字節(jié)（byte）

到此這篇關于Nginx 流量控制/限流的具體實現(xiàn)示例的文章就介紹到這了,更多相關Nginx 流量控制/限流內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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