Nginx セットアップ

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Jun 6, 2024

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nginxSetup

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Nginx動静分離、圧縮、キャッシュ、ブラックリスト・ホワイトリスト、クロスオリジン、高可用性、パフォーマンス最適化...

引言

負荷分散の必要性

初期のビジネスは通常、単一ノードのデプロイメントに基づいていました。ビジネスの成長に伴い、トラフィックも増加し、単一サーバーの性能がビジネスの成長に追いつかなくなり、最終的にシステムが頻繁にダウンし、プロジェクトが利用できなくなるという問題が発生しました。負荷分散技術の導入によるメリットは以下の通りです。

システムの高可用性：あるノードがダウンした場合、迅速に他のノードにトラフィックを転送できる。

システムの高性能：複数のサーバーが共同でサービスを提供し、システム全体のスループットを向上させる。

システムの拡張性：ビジネスが再び成長したり縮小したりする場合に、ノードを追加または削減して柔軟に対応できる。

負荷分散技術の選択肢

負荷分散技術には、ハードウェアとソフトウェアの2つの主要なオプションがあります。一般的なハードウェアロードバランサには、A10やF5などがありますが、これらは高価なため、通常は銀行や国有企業などの大企業で採用されます。

コストを抑えつつ負荷分散を実現したい場合、Nginxのようなソフトウェアベースの負荷分散が選択されます。この記事の重点もソフトウェア層の負荷分散です。

Nginxの概要

Nginxは、現在の主流の負荷分散ソリューションであり、ほとんどのプロジェクトで使用されています。Nginxは軽量で高性能なHTTPリバースプロキシサーバーであり、TCP、UDP、SMTP、HTTPSなどのほとんどのプロトコルをサポートする汎用プロキシサーバーでもあります。

Nginxは、リクエストの分散処理を担当し、各リクエストを適切なサーバーに転送します。Nginxの導入によって、システムのパフォーマンスと安定性が大幅に向上します。

Nginx環境の構築

Nginxのディレクトリを作成し、そこに移動します：


[root@localhost]# mkdir /soft && mkdir /soft/nginx/
[root@localhost]# cd /soft/nginx/

Nginxのインストールパッケージをダウンロードします：


[root@localhost]# wget <https://nginx.org/download/nginx-1.21.6.tar.gz>

Nginxのパッケージを解凍します：


[root@localhost]# tar -xvzf nginx-1.21.6.tar.gz

必要な依存ライブラリとパッケージをインストールします：


[root@localhost]# yum install --downloadonly --downloaddir=/soft/nginx/ gcc-c++
[root@localhost]# yum install --downloadonly --downloaddir=/soft/nginx/ pcre pcre-devel
[root@localhost]# yum install --downloadonly --downloaddir=/soft/nginx/ zlib zlib-devel
[root@localhost]# yum install --downloadonly --downloaddir=/soft/nginx/ openssl openssl-devel

Nginxのディレクトリに移動し、設定スクリプトを実行します：


[root@localhost]# cd nginx-1.21.6
[root@localhost]# ./configure --prefix=/soft/nginx/

Nginxをコンパイルしてインストールします：


[root@localhost]# make && make install

設定ファイルを編集します：


[root@localhost]# vi /soft/nginx/conf/nginx.conf

設定ファイルの内容を適用し、Nginxを起動します：


[root@localhost]# sbin/nginx -c conf/nginx.conf

ポート80を開放し、ファイアウォールを更新します：


[root@localhost]# firewall-cmd --zone=public --add-port=80/tcp --permanent
[root@localhost]# firewall-cmd --reload

ブラウザでNginxのIPアドレスを入力してアクセスします：

Nginxのウェルカムページが表示されれば、インストールは完了です。

Nginxの高度な特性

動静分離

静的コンテンツ（HTML、CSS、JavaScript、画像など）と動的コンテンツ（PHP、Python、Node.jsなど）のリクエストを分離することで、サーバーのパフォーマンスを向上させることができます。

実装方法

Nginxのディレクトリにstatic_resourcesディレクトリを作成します：


mkdir /soft/nginx/static_resources

プロジェクトの静的リソースをstatic_resourcesディレクトリにコピーし、プロジェクトからは削除します。

nginx.confファイルに新しいlocationブロックを追加します：


location ~ .*\\.(html|htm|gif|jpg|jpeg|bmp|png|ico|txt|js|css)$ {
    root   /soft/nginx/static_resources;
    expires 7d;
}

リソース圧縮

Nginxは、ngx_http_gzip_moduleなどのモジュールを使用して、リソースの圧縮をサポートしています。これにより、帯域幅を節約し、応答速度を向上させることができます。

圧縮の設定

nginx.confファイルに以下の設定を追加します：


http {
    gzip on;
    gzip_types text/plain application/javascript text/css application/xml text/javascript image/jpeg image/gif image/png;
    gzip_comp_level 5;
    gzip_vary on;
    gzip_buffers 16 8k;
    gzip_disable "MSIE [1-6]\\.";
    gzip_http_version 1.1;
    gzip_min_length 2k;
    gzip_proxied off;
}

キャッシュの設定

Nginxのプロキシキャッシュ機能を使用して、リクエストをキャッシュし、システムのスループットと応答速度を向上させることができます。

キャッシュの設定

nginx.confファイルに以下の設定を追加します：


http {
    proxy_cache_path /soft/nginx/cache levels=1:2 keys_zone=hot_cache:128m inactive=3d max_size=2g;

    server {
        location / {
            proxy_cache hot_cache;
            proxy_cache_valid 200 206 304 301 302 1d;
            proxy_cache_valid any 30m;
            proxy_cache_key $host$uri$is_args$args;
            proxy_cache_min_uses 3;
            proxy_cache_lock on;
            proxy_cache_lock_timeout 3s;
            proxy_no_cache $cookie_nocache $arg_nocache $arg_comment;
            add_header Cache-status $upstream_cache_status;
        }
    }
}

IPブラックリスト・ホワイトリスト

特定のIPアドレスからのアクセスを許可または禁止するために、Nginxのallowおよびdenyディレクティブを使用します。

設定方法

BlocksIP.confファイルに禁止するIPアドレスを追加します：


deny 192.177.12.222;
deny 192.177.44.201;
deny 127.0.0.0/8;

WhiteIP.confファイルに許可するIPアドレスを追加します：


allow 192.177.12.222;
allow 192.177.44.201;
allow 127.45.0.0/16;
deny all;

nginx.confファイルにこれら

のファイルをインクルードします：


http {
    include /soft/nginx/IP/BlocksIP.conf;
    include /soft/nginx/IP/WhiteIP.conf;
}

クロスオリジン設定

NginxでCORS（Cross-Origin Resource Sharing）を設定することで、異なるオリジンからのリクエストを許可します。

設定方法

nginx.confファイルに以下の設定を追加します：


location / {
    add_header 'Access-Control-Allow-Origin' *;
    add_header 'Access-Control-Allow-Credentials' 'true';
    add_header 'Access-Control-Allow-Methods' 'GET,POST,OPTIONS,PUT';
    add_header 'Access-Control-Allow-Headers' *;
    add_header 'Access-Control-Expose-Headers' 'Content-Length,Content-Range';
    if ($request_method = 'OPTIONS') {
        add_header 'Access-Control-Max-Age' 1728000;
        add_header 'Content-Type' 'text/plain; charset=utf-8';
        add_header 'Content-Length' 0;
        return 204;
    }
}

高可用性の実現

Nginxの高可用性を実現するために、Keepalivedを使用して仮想IP（VIP）を設定し、マスターとバックアップのNginxインスタンスを設定します。

Keepalivedの設定

Keepalivedのインストール：


[root@localhost]# mkdir /soft/keepalived && cd /soft/keepalived
[root@localhost]# wget <https://www.keepalived.org/software/keepalived-2.2.4.tar.gz>
[root@localhost]# tar -zxvf keepalived-2.2.4.tar.gz

Keepalivedの設定ファイルを編集：


[root@localhost]# vi /soft/keepalived/etc/keepalived/keepalived.conf

主ノードの設定：


vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface ens33
    virtual_router_id 121
    priority 100
    nopreempt
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    track_script {
        check_nginx_pid_restart
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.12.111
    }
}

従ノードの設定：


vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    interface ens33
    virtual_router_id 121
    priority 90
    nopreempt
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    track_script {
        check_nginx_pid_restart
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.12.111
    }
}

Nginxの再起動スクリプトを作成：


[root@localhost]# mkdir /soft/scripts /soft/scripts/keepalived
[root@localhost]# touch /soft/scripts/keepalived/check_nginx_pid_restart.sh
[root@localhost]# vi /soft/scripts/keepalived/check_nginx_pid_restart.sh

#!/bin/sh
nginx_number=`ps -C nginx --no-header | wc -l`
if [ $nginx_number -eq 0 ]; then
    /soft/nginx/sbin/nginx -c /soft/nginx/conf/nginx.conf
    sleep 1
    if [ `ps -C nginx --no-header | wc -l` -eq 0 ]; then
        systemctl stop keepalived.service
    fi
fi

パフォーマンス最適化

Nginxのパフォーマンスを最適化するために、以下の設定を行います。

長い接続を有効にする

長い接続を有効にすることで、サーバーとの接続回数を減らし、サーバーの負荷を軽減します。


upstream xxx {
    keepalive 32;
    keepalived_requests 100;
    keepalive_timeout 60s;
}

ゼロコピー技術を有効にする

ゼロコピー技術を使用することで、データの転送効率を向上させます。


sendfile on;

ノンディレイと多パケット共送信を有効にする

ノンディレイと多パケット共送信を有効にすることで、データ転送の効率を向上させます。


tcp_nodelay on;
tcp_nopush on;

ワーカーのプロセス数を調整する

サーバーのCPUコア数に応じてワーカーのプロセス数を調整します。


worker_processes auto;
worker_rlimit_nofile 20000;

CPUアフィニティを有効にする

CPUアフィニティを使用して、各ワーカーを特定のCPUコアにバインドします。


worker_cpu_affinity auto;

epollモデルを使用する

epollモデルを使用することで、Nginxのパフォーマンスを向上させます。


events {
    use epoll;
    worker_connections 10240;
}