OpenResty搭建高性能服务端

Posted 2020-12-20 xiao-xue-di

OpenResty搭建高性能服务端

 

Socket编程

Linux Socket编程领域为了处理大量连接请求场景，需要使用非阻塞I/O和复用，select、poll、epoll是Linux API提供的I/O复用方式，自从Linux2.6中加入了epoll之后，高性能服务器领域得到广泛的应用，Nignx就是使用epoll来实现I/O复用支持高并发。

对于“高性能”服务端而言，我们所关注的并不是语言的性能，而是缓存和语言支持异步非阻塞。

缓存

针对缓存要明白通信速度的快慢顺序

• 内存>SSD>机械磁盘
• 本机>网络
• 进程内 > 进程间

缓存系统的目标是希望在进程内的命中率是最高的，那么此时缓存系统整体的效率也是最高的。

异步非阻塞

希望访问数据库、访问网络，访问一些比较慢的IO设备时，不要在等待上耗费大量时间。而是使用事件驱动的方式，当系统完成某项任务后再来通知我们。这样就可以将服务器CPU的空闲资源，用来服务客户端连接。

OpenResty

OpenResty是基于Ngnix和Lua的高性能web平台，内部集成精良的LUa库、第三方模块、依赖项。用于方便搭建能够处理高并发、扩展性极高的动态web应用、web服务、动态网关。可以使用Lua脚本调用Ngnix支持的C以及Lua模块，快速构建10K～1000K单机并发连接的高性能web应用系统。OpenResty的目标是让web服务直接运行在nginx服务内部，利用Ngnix的非阻塞IO模型，对HTTP客户端请求和后端DB进行一致的高性能响应。

OpenResty的出现可以说是颠覆了高性能服务端的开发模式。OpenResty实际上是Nginx+LuaJIT的完美组合。

 

 

 

OpenResty工作方式

由于Nginx采用的是master-worker模型，也就是一个master主进程管理多个worker进程，基本的事件处理都是放在worker中，master仅负责一些全剧初始化，以及对worker的管理。在OpenResty中，每个worker使用一个LuaVM，每个请求被分配到worker时，将在这个LuaVM中创建一个coroutine协程。协程之间数据隔离，每个协程具有独立的全局变量_G。

Lua中的协程和多线程下的线程类似，都有自己的堆栈、局部变量、指令指针...，但是和其他协程程序共享全局变量等信息。线程和协程主要不同在于：多处理器的情况下，概念上来说多线程是同时运行多个线程，而协程是通过代码来完成协程的切换，任何时刻只有一个协程程序在运行。并且这个在运行的协程只有明确被要求挂起时才会被挂起。

根据实际测试，OpenResty性能接近于Nginx 性能之王c module，甚至超过。

OpenResty 架构

• 负载均衡

LVS+HAProxy将流量转发给核心Nginx1和Nginx2，即实现了流量的负载均衡。

 

 

 

负载均衡

• 单机闭环

所有想要的数据都能从本服务器直接获取，大多数时候无需通过网络或去其他服务器获取。

 

 

单机闭环

• 分布式闭环

单机闭环会遇到2个主要问题

1. 数据不一致
   例如没有主从架构导致不同服务器数据不一致

2. 遇到存储瓶颈
   磁盘或内存遇到天花板

解决数据不一致比较好的办法是采用主从或分布式集中存储，而遇到存储瓶颈就需要进行按业务键进行分片，将数据分散到多台服务器。

 

 

分布式闭环

• 接入网关

接入网关又叫接入层，即接收流量的入口，在入口处做如下事情：

 

 

接入网关

OpenResty环境搭建

• http://openresty.org
• http://openresty.org/cn/download.html

安装前准备，必须安装perl、libpcre、libssl库。

# 从系统路径中查看必备库是否已经安装
$ sudo ldconfig -v

# 安装必备库
$ sudo apt install libpcre3-dev libssl-dev perl make build-essential curl libreadline-dev libncurses5-dev

下载并解压OpenResty后进入其目录

$ wget https://openresty.org/download/ngx_openresty-1.13.6.1.tar.gz
$ tar -zxvf ngx_openresty-1.13.6.1.tar.gz
$ mv openresty-1.13.6.1 openresty
$ cd openresty
$ ./configure

默认会被安装到/usr/local/openresty目录下

# 编译并安装
$ sudo make && make install
$ cd /usr/local/openresty

启动Nginx

$ sudo /usr/local/openresty/nginx/sbin/nginx
$ ps -ef | grep nginx
$ service nginx status

Nginx启动若出现

nginx: [emerg] bind() to 0.0.0.0:80 failed (98: Address already in use)
nginx: [emerg] still could not bind()

说明80端口并占用，查看80端口被占用的端口并重启。原因在于nginx先监听了ipv4的80端口之后又监听了ipv6的80端口，于是就重复占用了。

$ sudo netstat -ntlp | grep 80
$ sudo killall -9 nginx

重新编辑Nginx配置文件

$ sudo vim /etc/nginx/conf/nginx.conf

listen 80;
listen [::]:80 ipv6only=on default_server;

使用curl工具或在浏览器访问默认80端口

$ curl 127.0.0.1

浏览器输入http://127.0.0.1/

将Nginx工具配置到当前用户的系统环境变量中

$ sudo vim ~/.bashrc
export PATH=$PATH:/usr/local/openresty/nginx/sbin
$ source ~./bashrc
$ cd ~
$ nginx -s reload
nginx: [alert] kill(12267, 1) failed (1: Operation not permitted)

开发文档

• https://www.nginx.com/resources/wiki/modules/lua/

ubuntu 安装 vcode 或 sublime text 编辑器

content_by_lua

$ vim /usr/local/openresty/nginx/conf/nginx.conf
location /test {
  default_type text/html;
  content_by_lua ‘ngx.say("hello openresty")‘;
}

# 重启Nginx
$ /usr/local/openresty/nginx/sbin/nginx -s reload

# 浏览器访问 127.0.0.1/test

content_by_lua_file

$ vim nginx.conf
location /test {
  content_by_lua_file ‘html/test.lua‘;
}
$ vim ../html/test.lua
ngx.say("hello lua")
$ sudo /usr/local/nginx/sbin/nginx -s reload
$ curl 127.0.0.1/test
hello lua

为避免每次修改都需要重启Nginx，可在Nginx的server选项中配置lua_code_cache选项。

$ vim nginx.conf
server{
  lua_code_cache off;
  location /test{
    content_by_lua_file ‘html/test.lua‘;
  }
}
$ sudo /usr/local/openresty/nginx/sbin/nginx -s reload
nginx: [alert] lua_code_cache is off; this will hurt performance in /usr/local/openresty/nginx/conf/nginx.conf:48

注意lua_code_cache off;是会引擎Nginx的性能的，在生产环境中是需要将其开启的。

小节

在OpenResty中开发是分为两步的，第一步是修改Nginx配置，第二步是使用Lua开发自己的脚本。

OpenResty入门

参考资料

• OpenResty最佳实践
• Nginx Lua

创建工作目录

OpenResty安装之后就有配置文件及相关目录，为了工作目录和安装目录互不干扰，另外创建OpenResty工作目录，并另写配置。

$ mkdir -p ~/openresty/test/logs ~/openresty/test/conf
$ vim ~/openresty/test/conf/nginx.conf
# 设置Nginx worker工作进程数量，即CPU核数。
worker_processes 1;

# 设置错误日志文件路径
error_log logs/error.log;
# 配置Nginx服务器与用户的网络连接
events{
    # 设置每个工作进程的最大连接数
    worker_connections 10224;
}

http{
    # 虚拟机主机块定义
    server{
        # 监听端口
        listen 8001;
        # 配置请求的路由
        location /{
            default_type text/html;
            content_by_lua_block{
                ngx.say("hello world");
            }
        }
    }
}
$ nginx -p ~/openresty/test
$ curl 127.0.0.1:8001
hello world

$ vim nginx.conf
location /test{
  content_by_lua_file "lua/test.lua";
}
$ cd .. && mkdir lua && cd lua
$ vim test.lua
local args = ngx.req.get_uri_args()
local salt = args.salt
if not salt then
  ngx.exit(ngx.HTTP_BAD_REQUEST)
end
local md5str = ngx.md5(ngx.time()..salt)
ngx.say(md5str)

$ sudo /usr/local/openresty/nginx/sbin/nginx -s reload
$ curl -i 127.0.0.1/test?salt=lua
HTTP/1.1 200 OK
Server: openresty/1.13.6.2
Date: Sun, 27 Jan 2019 10:07:17 GMT
Content-Type: application/octet-stream
Transfer-Encoding: chunked
Connection: keep-alive

b55b77f75e46b96b11778ca7edfe8d55

若代码中出现错误则需要直接查看Nginx的错误日志进行查看

$ vim nginx/logs/error.log
2019/01/27 17:37:15 [error] 15764#0: *6 failed to load external Lua file "/usr/local/openresty/nginx/test.lua": cannot open /usr/local/openresty/nginx/test.lua: No such file or...

Windows系统下查看Nginx进程

λ tasklist /fi "imagename eq nginx.exe"

映像名称                       PID 会话名              会话#       内存使用
========================= ======== ================ =========== ============
nginx.exe                     9072 Console                    1      7,840 K
nginx.exe                     7692 Console                    1     12,304 K
nginx.exe                     8120 Console                    1      7,840 K
nginx.exe                     4552 Console                    1     12,188 K
nginx.exe                     9588 Console                    1      7,828 K
nginx.exe                     6256 Console                    1     12,216 K
nginx.exe                     7308 Console                    1      7,828 K
nginx.exe                    10192 Console                    1     12,212 K

λ taskkill /im nginx.exe /f
成功: 已终止进程 "nginx.exe"，其 PID 为 9072。

ngx lua API

参考资料

• NGINX API for Lua