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Nginx 的 limit 模块
> 本文由 [简悦 SimpRead](http://ksria.com/simpread/) 转码, 原文地址 [www.cnblogs.com](https://www.cnblogs.com/ltzhang/p/13544562.html) Nginx 的 limit 模块主要包括:`ngx_http_limit_req_module`、`ngx_http_limit_conn_module`、`ngx_stream_limit_conn_module` 以及`ngx_http_core_module`中 limit_rate 选项,由于 stream 主要用来实现四层协议(网络层和传输层)的转发、代理、负载均衡等,并且`ngx_stream_limit_conn_module`和`ngx_http_limit_conn_module`配置基本相同,所以本文不做介绍。 ### ngx_http_limit_req_module 该模块用来限制某个特定键的请求处理的速率,这个特定键一般为某个 ip。该模块主要用到了 "漏桶" 算法。有关漏桶算法可以点击此处详细查看。 #### 指令 ``` limit_req_zone $binary_remote_addr zone=one:10m rate=1r/s; server { location /search/ { limit_req zone=one burst=5 [nodelay|delay=num]; } ``` 首先使用`limit_req_zone`定义一个内存区域 (定义在 http 段中): **$binary_remote_addr**: 特定用于该模块的变量,用来存取客户端 ip 地址。 **zone=one:10m**:定义一个大小为 10m 的共享内存区域,名称为 _one_。对于 ipv4 地址占用 4 个字节,ipv6 占用 16 个字节。存储一个连接状态在 32 位机器上占用 64 个字节,在 64 位机器上占用 128 个字节。1MB 的空间可以存储 16k 个 64 字节状态或者是 8k 个 128 字节状态。所以 10m 的空间可以存储大约 8w 个状态,对于一般的中小型站点已经足够了。 **rate=1r/s**: 定义请求速率为每秒仅接受一个请求 在 server 配置段中引用上述配置 (第 5 行): **zone=one**: 引用上面`limit_req_zone`定义的内存区域 _one_ **burst**: 定义请求缓存的长度,意思是如果某 ip1 秒内发来了 10 个请求,那么除了正在处理的 1 个请求,其他的请求会把暂时放置到 burst 中排队。超过`rate+burst`请求将会被全部丢弃 **nodelay**: 一次处理 _burst+rate_ 个请求,其余全部丢弃。如果不希望在请求受到限制时延迟过多的请求应当使用这个参数 **delay=num**: 瞬时处理`num+rate`个请求,总共缓存 burst 个,剩余的`burst-num`按 rate 定义处理。丢弃多余请求。 #### 其他指令 ##### limit_req_dry_run ``` 语法: limit_req_dry_run on | off 默认值: limit_req_dry_run off; 语境: http server location ``` 该指令开启 "干跑" 模式。开启该配置,请求处理的速率不再被限制。但是在共享内存区域,过量的请求的数值会像之前一样计算。 ##### limit_req_log_level ``` 语法: limit_req_log_level info | notice | warn | error; 默认值: limit_req_log_level error; 语境: http server location ``` 该指令设置`rate`超过限值或者延时请求处理的日志级别,默认为 error 级别。 ##### limit_req_status ``` 语法: limit_req_status code; 默认值: limit_req_status 503; 语境: http server location ``` 该指令定义拒绝响应请求的 http 状态码,默认返回 * 503 #### 测试 1、不开启 burst,不开启 nodelay 配置如下所示: ``` http { include mime.types; default_type application/octet-stream; limit_req_zone $binary_remote_addr zone=one:10m rate=1r/s; log_format main '$remote_addr "$request"' '$status' '"$http_user_agent"'; server { listen 80; server_name localhost; charset utf-8; location / { limit_req zone=one; root /usr/share/nginx/html/; index index.html index.htm; } } } ``` 在另一台虚拟机使用 Apahce Benchmark 进行压力测试 ``` ab -c 10 -n10 http://192.168.0.106/index.html ``` 结果如下: ``` 192.168.0.107 - - [05/May/2020:20:58:41 +0800] "GET / HTTP/1.0" 200 70 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:20:58:41 +0800] "GET / HTTP/1.0" 503 197 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:20:58:41 +0800] "GET / HTTP/1.0" 503 197 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:20:58:41 +0800] "GET / HTTP/1.0" 503 197 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:20:58:41 +0800] "GET / HTTP/1.0" 503 197 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:20:58:41 +0800] "GET / HTTP/1.0" 503 197 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:20:58:41 +0800] "GET / HTTP/1.0" 503 197 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:20:58:41 +0800] "GET / HTTP/1.0" 503 197 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:20:58:41 +0800] "GET / HTTP/1.0" 503 197 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:20:58:41 +0800] "GET / HTTP/1.0" 503 197 "-" "ApacheBench/2.3" ``` 严格按照`rate`定义处理请求,除了第一个请求外其余所有的请求全部丢弃并返回 503。 2、在 18 行末尾添加 burst=5 ``` 192.168.0.107 - - [05/May/2020:21:53:35 +0800] "GET /index.html HTTP/1.0" 200 70 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:21:53:35 +0800] "GET /index.html HTTP/1.0" 503 197 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:21:53:35 +0800] "GET /index.html HTTP/1.0" 503 197 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:21:53:35 +0800] "GET /index.html HTTP/1.0" 503 197 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:21:53:35 +0800] "GET /index.html HTTP/1.0" 503 197 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:21:53:36 +0800] "GET /index.html HTTP/1.0" 200 70 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:21:53:37 +0800] "GET /index.html HTTP/1.0" 200 70 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:21:53:38 +0800] "GET /index.html HTTP/1.0" 200 70 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:21:53:39 +0800] "GET /index.html HTTP/1.0" 200 70 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:21:53:40 +0800] "GET /index.html HTTP/1.0" 200 70 "-" "ApacheBench/2.3" ``` 按照定义,1 秒内来了 10 个请求,burst=5,rate=1。总共缓存 5 个请求,处理 1 个请求,其余全部丢弃。这就是 21:53:35 内丢弃了 4 个请求。随后缓存的请求按照`rate`定义值处理。 3、在 18 行末尾继续添加 nodelay ``` 192.168.0.107 - - [05/May/2020:21:58:19 +0800] "GET /index.html HTTP/1.0" 200 70 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:21:58:19 +0800] "GET /index.html HTTP/1.0" 200 70 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:21:58:19 +0800] "GET /index.html HTTP/1.0" 200 70 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:21:58:19 +0800] "GET /index.html HTTP/1.0" 200 70 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:21:58:19 +0800] "GET /index.html HTTP/1.0" 200 70 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:21:58:19 +0800] "GET /index.html HTTP/1.0" 200 70 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:21:58:19 +0800] "GET /index.html HTTP/1.0" 503 197 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:21:58:19 +0800] "GET /index.html HTTP/1.0" 503 197 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:21:58:19 +0800] "GET /index.html HTTP/1.0" 503 197 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:21:58:19 +0800] "GET /index.html HTTP/1.0" 503 197 "-" "ApacheBench/2.3" ``` 瞬间提供`rate+burst`个请求处理能力,丢弃其他请求返回 503。 4、将 18 行的 nodelay 改成 delay=3 ``` 192.168.0.107 - - [05/May/2020:23:42:05 +0800] "GET / HTTP/1.0" 200 70 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:23:42:05 +0800] "GET / HTTP/1.0" 200 70 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:23:42:05 +0800] "GET / HTTP/1.0" 200 70 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:23:42:05 +0800] "GET / HTTP/1.0" 200 70 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:23:42:05 +0800] "GET / HTTP/1.0" 503 197 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:23:42:05 +0800] "GET / HTTP/1.0" 503 197 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:23:42:05 +0800] "GET / HTTP/1.0" 503 197 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:23:42:05 +0800] "GET / HTTP/1.0" 503 197 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:23:42:06 +0800] "GET / HTTP/1.0" 200 70 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:23:42:07 +0800] "GET / HTTP/1.0" 200 70 "-" "ApacheBench/2.3" ``` 可以看出 nginx 瞬间处理了 4(rate+delay) 个请求,缓存了 2 个请求,其余请求返回 503。缓存下来的请求每秒处理一个。 ### ngx_http_limit_conn_module ngx_http_limit_conn_module 与 ngx_http_limit_req_module 主要区别在于,`conn`限制的连接的数量,`req`限制的是请求的数量。一个连接的生命周期中,会存在一个或者多个请求,这是为了加快效率,避免每次请求都要三次握手建立连接,现在的 HTTP/1.1 协议都支持这种特性,叫做 keepalive。 官方配置示例: ``` http { limit_conn_zone $binary_remote_addr zone=addr:10m; server { location /download/ { limit_conn addr 1; } ``` limit_conn_zone:设置共享区域的参数,该区域将保留各种键的状态,与`ngx_http_limit_req_module`不同的是,此模块仅定义了区域了大小。键里可以保存文本,变量或者两者的组合。 limit_conn: 设置共享内存区域以及键定义的最大允许的连接数量。超过限值时,服务器将会发送错误给客户端。`limit_conn addr 1`允许一个 ip 一次最多建立一次连接。如果是`HTTP/2`,那么每个并发的请求都会被视作是一个单独的连接。 **limit_conn_dry_run**,**limit_conn_log_level**,**limit_conn_status** 与`ngx_http_limit_req_module`中一致不再说明。 #### 测试 ``` 192.168.0.107 - - [05/May/2020:23:54:27 +0800] "GET /test.html HTTP/1.0" 503 197 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:23:54:27 +0800] "GET /test.html HTTP/1.0" 503 197 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:23:54:27 +0800] "GET /test.html HTTP/1.0" 503 197 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:23:54:27 +0800] "GET /test.html HTTP/1.0" 503 197 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:23:54:27 +0800] "GET /test.html HTTP/1.0" 503 197 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:23:54:27 +0800] "GET /test.html HTTP/1.0" 503 197 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:23:54:27 +0800] "GET /test.html HTTP/1.0" 503 197 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:23:54:27 +0800] "GET /test.html HTTP/1.0" 503 197 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:23:54:27 +0800] "GET /test.html HTTP/1.0" 503 197 "-" "ApacheBench/2.3" 192.168.0.107 - - [05/May/2020:23:54:29 +0800] "GET /test.html HTTP/1.0" 200 536870912 "-" "ApacheBench/2.3" ``` test.html 为 50M,测试 1 秒内仅能建立一个连接其余全部丢弃。但 index.html 测试失败,不知道和文件的大小存在什么关联? ### limit_rate #### 指令 limit_rate 是 ngx_http_core_module 这个核心模块自带的一个配置选项。可以用来限制单个连接的下载速率。对于资源文件下载服务器来说,有必要限制这个值,防止单个 ip 过高的速率影响他人的正常使用。 ``` 语法: limit_rate rate; 默认值: limit_rate 0; 语境: http, server, location, if in location ``` 默认情况下,这个值是 _0_,也就是不限制下载速率。官方推荐使用 map 来灵活定义下载速率。如: ``` map $slow $rate { 0 40k; 1 80k; default 120k; } limit_rate $rate; #http,server,location,if in location ``` 当然 **$slow** 不是 nginx 自带的变量,所以直接使用会报错。需要根据 ngx_http_geo_module 模块自带的 geo 指令来定义 $slow 变量。 ``` geo $remote_addr $slow { default 0; 47.103.215.250 1; } ``` 以上是这样的过程:`$remote_addr`是 nginx 自带的变量,geo 指令拿到这个变量对应的 ip 地址去和下面的`default`或`47.103.215.250`匹配,如果满足`$remote_addr=47.103.215.250`, 则把 $slow 变量设置为 1, 否则就设置为 0。再拿 0 或者 1 去 map 里匹配得到`$rate`, 最后在 limit_rate 中应用 $rate 来达到限制速率的要求。 注:geo 和 map 都是应用在 http 段中 #### 测试 ![](https://imagesofhexo.oss-cn-shanghai.aliyuncs.com/limit_rate%E6%B5%8B%E8%AF%95.png) **本地下载测试为 40KB/s** ![](https://imagesofhexo.oss-cn-shanghai.aliyuncs.com/20200504085807.png) **47.103.215.250 上测试为 80KB/s** 当然 limit_rate 只能限制单个 ip 的一个请求: The limit is set per a request, and so if a client simultaneously opens two connections, the overall rate will be twice as much as the specified limit. 如果客户端同时发起了两个链接,这个下载速度会变成限值的 2 倍。所以对于迅雷这种多线程的下载器,设置这样的限值的无效的。 解决的方法就是配合`ngx_http_limit_conn_module`模块,让服务器每秒只响应一个 ip 的一个请求,其余请求全部丢弃。 ``` limit_conn_zone $binary_remote_addr zone=one:10m; server { listen 80; server_name localhost; location / { limit_conn one 1; limit_rate 80k; root /usr/share/nginx/html/; } } ``` 在测试端下载 test.html ``` [root@k8s-node ~]# wget http://192.168.0.106/test.html --2020-05-06 00:00:43-- http://192.168.0.106/test.html Connecting to 192.168.0.106:80... connected. HTTP request sent, awaiting response... 200 OK Length: 536870912 (512M) [text/html] Saving to: ‘test.html.2’ test.html.2 0%[ ] 1.29M 79.6KB/s eta 1h 48m ``` 复制终端会话再次请求: ``` Last login: Tue May 5 23:40:24 2020 from 192.168.0.101 [root@k8s-node ~]# wget http://192.168.0.106/test.html --2020-05-06 00:01:18-- http://192.168.0.106/test.html Connecting to 192.168.0.106:80... connected. HTTP request sent, awaiting response... 503 Service Temporarily Unavailable 2020-05-06 00:01:19 ERROR 503: Service Temporarily Unavailable. ``` nginx 直接返回了 503,这样就达到了限制单个 ip 的请求速率的目的。
Jonny
July 11, 2022, 2:13 p.m.
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