nginx限流配置

发布于:2022-11-16 ⋅ 阅读:(23) ⋅ 点赞:(0) ⋅ 评论:(0)

本文转载自 YolkPie的博客

限流(Rate Limitting)是服务降级的一种方式,通过限制系统的输入和输出流量以达到保护系统的目的。比如我们的网站暴露在公网环境中,除了用户的正常访问,网络爬虫、恶意攻击或者大促等突发流量都可能都会对系统造成压力,如果这种压力超出了服务器的处理能力,会造成响应过慢甚至系统崩溃的问题。因此,当并发请求数过大时,我们通过限制一部分请求(比如限制同一IP的频繁请求)来保证服务器可以正确响应另一部分的请求。
nginx 提供了两种限流方式,一种是限制请求速率,一种是限制连接数量。

限制请求速率

nginx 的 ngx_http_limit_req_module 模块提供限制请求处理速率的能力,使用了漏桶算法(leaky bucket algorithm)。我们可以想像有一只上面进水、下面匀速出水的桶,如果桶里面有水,那刚进去的水就要存在桶里等下面的水流完之后才会流出,如果进水的速度大于水流出的速度,桶里的水就会满,这时水就不会进到桶里,而是直接从桶的上面溢出。对应到处理网络请求,水代表从客户端来的请求,而桶代表一个队列,请求在该队列中依据先进先出(FIFO)算法等待被处理。漏的水代表请求离开缓冲区并被服务器处理,溢出代表了请求被丢弃并且永不被服务。

正常限流

nginx 中有两个主要的指令可以用来配置限流:limit_req_zone 和 limit_req。下面是一个最简单的限流的例子:

Nginx

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limit_req_zone $binary_remote_addr zone=mylimit:10m rate=2r/s;

server {
    location ~* \.(html)$ {
        limit_req zone=mylimit;
    }
} 

limit_req_zone 用于设置限流和共享内存区域的参数,格式为:limit_req_zone key zone rate。

  • key:定义限流对象,$binary_remote_addr 是 nginx 中的变量,表示基于 remote_addr(客户端IP) 来做限流,binary_ 是二进制存储。使用 $binary_remote_addr 而不是 $remote_addr 是因为二进制存储可以压缩内存占用量。 $remote_addr 变量的大小从7到15个字节不等,而 $binary_remote_addr变量的大小对于 IPv4 始终为4个字节,对于 IPv6 地址则为16个字节。
  • zone:定义共享内存区来存储访问信息,访问信息包括每个 IP 地址状态和访问受限请求 URL 的频率等。zone 的定义又分为两个部分:由 zone= 关键字标识的区域名称,以及冒号后面的区域大小。myLimit:10m 表示一个大小为10M,名字为 myLimit 的内存区域。1M 能存储16000个 IP 地址的访问信息,myLimit 大概可以存储约160000个地址。nginx 创建新记录的时候,会移除前60秒内没有被使用的记录,如果释放的空间还是存储不了新的记录,会返回503的状态码。
  • rate:设置最大的访问速率。rate=2r/s(为了好模拟,rate 设置的值比较小),表示每秒最多处理 2 个请求。事实上 nginx 是以毫秒为粒度追踪请求的,rate=2r/s 实际上是每500毫秒1个请求,也就是说,上一个请求完成后,如果500毫秒内还有请求到达,这些请求会被拒绝(默认返回503,如果想修改返回值,可以设置limit_req_status)。

limit_req_zone 只是设置限流参数,如果要生效的话,必须和 limit_req 配合使用。limit_req 的格式为:limit_req zone=name [burst=number] [nodelay]。
上面的例子只简单指定了 zone=mylimit,表示使用 mylimit 这个区域的配置,在请求 html 文件时进行限流。我们可以理解为这个桶目前没有任何储存水滴的能力,到达的所有不能立即漏出的请求都会被拒绝。如果我1秒内发送了10次请求,其中前500毫秒1次,后500毫秒9次,那么只有前500毫秒的请求和后500毫秒的第一次请求会响应,其余请求都会被拒绝。

处理突发流量

上面的配置保证了 nginx 以固定的速度提供服务(2r/s),但是这种情况不适用于有突发流量的情况,我们希望可以尽可能的缓存请求并处理它们,此时需要在 limit_req 上增加 burst 参数:

Nginx

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limit_req_zone $binary_remote_addr zone=mylimit:10m rate=2r/s;

server {
    location ~* \.(html)$ {
        limit_req zone=mylimit burst=5;
    }
} 

burst 表示在超过设定的访问速率后能额外处理的请求数。当 rate=2r/s 时,表示每500ms 可以处理一个请求。burst=5时,如果同时有10个请求到达,nginx 会处理第1个请求,剩余9个请求中,会有5个被放入队列,剩余的4个请求会直接被拒绝。然后每隔500ms从队列中获取一个请求进行处理,此时如果后面继续有请求进来,如果队列中的请求数目超过了5,会被拒绝,不足5的时候会添加到队列中进行等待。我们可以理解为现在的桶可以存5滴水:

配置 burst 之后,虽然同时到达的请求不会全部被拒绝,但是仍需要等待500ms 一次的处理时间,放入桶中的第5个请求需要等待500ms * 4的时间才能被处理,更长的等待时间意味着用户的流失,在许多场景下,这个等待时间是不可接受的。此时我们需要增加 nodelay 参数,和 burst 配合使用。

Nginx

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limit_req_zone $binary_remote_addr zone=mylimit:10m rate=2r/s;

server {
    location ~* \.(html)$ {
        limit_req zone=mylimit burst=5 nodelay;
    }
} 

nodelay 表示不延迟。设置 nodelay 后,第一个到达的请求和队列中的请求会立即进行处理,不会出现等待的请求。

需要注意的是,虽然队列中的5个请求立即被处理了,但是队列中的位置依旧是按照500ms 的速度依次被释放的。后面的4个请求依旧是被拒绝的,长期来看并不会提高吞吐量的上限,长期吞吐量的上限是由设置的 rate 决定的。

设置白名单

如果遇到不需要限流的情况,比如测试要压测,可以通过配置白名单,取消限流的设置。白名单要用到 nginx 的 ngx_http_geo_module 和 ngx_http_map_module 模块。

Nginx

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geo $limit {
    default 1;
    10.0.0.0/8 0;
    192.168.0.0/24 0;
}

map $limit $limit_key {
    0 "";
    1 $binary_remote_addr;
}

limit_req_zone $limit_key zone=mylimit:10m rate=2r/s;

geo 指令可以根据 IP 创建变量 $limit。$limit 的默认值是1,如果匹配到了下面的 IP,则返回对应的值(这里返回的是0)。之后通过 map 指令,将 $limit 的值映射为 $limit_key:在白名单内的,$limit_key 为空字符串,不在白名单内的,则为 $binary_remote_addr。当limit_req_zone指令的第一个参数是一个空字符串,限制不起作用,因此白名单的 IP 地址(在10.0.0.0/8和192.168.0.0/24子网中)没有被限制,其它 IP 地址都被限制为 2r/s。

limit_req 重复

如果同一个 location 下配置了多条 limit_req 的指令,这些指令所定义的限制都会被使用。

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geo $limit {
    default 1;
    10.0.0.0/8 0;
    192.168.0.0/24 0;
}

map $limit $limit_key {
    0 "";
    1 $binary_remote_addr;
}

limit_req_zone $limit_key zone=mylimit:10m rate=2r/s;
limit_req_zone $binary_remote_addr zone=myLimit2:10m rate=10r/s;
server {
    location ~* \.(html)$ {
        limit_req zone=mylimit burst=5 nodelay;
        limit_req zone=myLimit2 burst=5 nodelay;
    }
} 

上面的例子配置了两条规则,myLimit 和 myLimit2。白名单用户虽然没有匹配到mylimit的规则,但是根据规则 mylimit2,被限制为10r/s。对于不在白名单的用户,则需要同时匹配mylimit 和 mylimit2,两者中最严格的条件 2r/s 会起作用。

限制连接数

nginx 的 ngx_http_limit_conn_module 模块提供限制连接数的能力,包含两个指令limit_conn_zone 和 limit_conn,格式为limit_conn_zone key zone。

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limit_conn_zone $binary_remote_addr zone=perip:10m;
limit_conn_zone $server_name zone=perserver:10m;
server {
    location ~* \.(html)$ {
        limit_conn perip 10;
        limit_conn perserver 100;
    }
} 

limit_conn perip 10:key 是 $binary_remote_addr,表示限制单个IP同时最多能持有10个连接。
limit_conn perserver 100: key 是 $server_name,表示虚拟主机(server) 同时能处理并发连接的总数为100。
需要注意的是:只有当 request header 被后端server处理后,这个连接才进行计数。