Nginx 提供了强大的流量控制功能。限制客户端在特定时间段内的请求次数，以保护服务器资源，防止因过载而导致的性能下降甚至服务不可用。限流在防止DDoS攻击、爬虫过度抓取和滥用API等方面有着重要作用。这里将详细介绍Nginx限流的工作原理、配置方法、各种限流策略以及实际应用。
一、Nginx限流的工作原理
Nginx的限流功能主要通过limit_req和limit_conn模块实现：
- limit_req模块： 用于限制每秒的请求次数。该模块基于令牌桶（Token Bucket）算法，每个请求在处理前必须从令牌桶中获取一个令牌，如果没有令牌可用，则请求被延迟或拒绝。
- limit_conn模块： 用于限制同时连接数。该模块控制每个特定键（如IP地址或用户）允许的最大并发连接数。
二、limit_req模块配置
limit_req模块通过定义共享内存区域来存储限流信息，并在特定的上下文中应用限流策略。
1. 定义共享内存区域
首先，需要定义一个共享内存区域来存储请求的计数信息。可以使用limit_req_zone指令来完成。
语法：
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1 |
limit_req_zone $variable zone=name:size rate=rate; |
示例：
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 |
http { limit_req_zone $binary_remote_addr zone=one:10m rate=1r/s;
server { location / { limit_req zone=one burst=5 nodelay; proxy_pass http://backend; } } } |
在上面的示例中：
- $binary_remote_addr：以二进制格式表示的客户端IP地址。
- zone=one:10m：定义名为one的共享内存区域，大小为10MB。
- rate=1r/s：限制每秒最多1个请求。
2. 应用限流策略
在定义共享内存区域后，可以在server或location上下文中使用limit_req指令来应用限流策略。
语法：
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1 |
limit_req zone=name [burst=number] [nodelay]; |
示例：
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 |
http { limit_req_zone $binary_remote_addr zone=one:10m rate=1r/s;
server { location / { limit_req zone=one burst=5 nodelay; proxy_pass http://backend; } } } |
在上面的示例中：
- zone=one：指定使用名为one的共享内存区域。
- burst=5：允许突发5个请求。
- nodelay：立即处理突发请求，不进行延迟。
3. 示例配置详解
以下是一个完整的示例配置：
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 |
http { # 定义共享内存区域 limit_req_zone $binary_remote_addr zone=one:10m rate=1r/s;
server { listen 80; server_name example.com;
location / { # 应用限流策略 limit_req zone=one burst=5 nodelay;
# 代理到后端服务器 proxy_pass http://backend; proxy_set_header Host $host; proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr; proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for; proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme; } } } |
在这个示例中，Nginx会限制每个客户端每秒最多发送一个请求，并允许最多5个突发请求。
三、limit_conn模块配置
limit_conn模块用于限制每个特定键（如IP地址或用户）的并发连接数。
1. 定义共享内存区域
首先，需要定义一个共享内存区域来存储连接计数信息。可以使用limit_conn_zone指令来完成。
语法：
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1 |
limit_conn_zone $variable zone=name:size; |
示例：
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 |
http { limit_conn_zone $binary_remote_addr zone=addr:10m;
server { location / { limit_conn addr 10; proxy_pass http://backend; } } } |
在上面的示例中：
- $binary_remote_addr：以二进制格式表示的客户端IP地址。
- zone=addr:10m：定义名为addr的共享内存区域，大小为10MB。
2. 应用限流策略
在定义共享内存区域后，可以在server或location上下文中使用limit_conn指令来应用限流策略。
语法：
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1 |
limit_conn zone_name number; |
示例：
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 |
http { limit_conn_zone $binary_remote_addr zone=addr:10m;
server { location / { limit_conn addr 10; proxy_pass http://backend; } } } |
在上面的示例中：
- zone_name：指定使用的共享内存区域名称。
- number：允许的最大并发连接数。
3. 示例配置详解
以下是一个完整的示例配置：
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 |
http { # 定义共享内存区域 limit_conn_zone $binary_remote_addr zone=addr:10m;
server { listen 80; server_name example.com;
location / { # 应用限流策略 limit_conn addr 10;
# 代理到后端服务器 proxy_pass http://backend; proxy_set_header Host $host; proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr; proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for; proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme; } } } |
在这个示例中，Nginx会限制每个客户端最多允许10个并发连接。
四、高级限流策略
1. 多级限流
在实际应用中，可以根据不同的需求设置多级限流策略。例如，可以根据客户端IP地址限制每秒请求数，同时根据用户ID限制每分钟请求数。
示例：
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 |
http { limit_req_zone $binary_remote_addr zone=ip_zone:10m rate=1r/s; limit_req_zone $cookie_userid zone=user_zone:10m rate=30r/m;
server { location / { limit_req zone=ip_zone burst=5 nodelay; limit_req zone=user_zone burst=10;
proxy_pass http://backend; } } } |
在上面的示例中：
- ip_zone：限制每个IP地址每秒最多1个请求，允许5个突发请求。
- user_zone：限制每个用户每分钟最多30个请求，允许10个突发请求。
2. 动态限流
通过Lua脚本和ngx_lua模块，可以实现更复杂的动态限流策略。例如，可以根据用户的VIP等级动态调整限流阈值。
示例：
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 |
http { lua_shared_dict my_limit_req_store 10m;
server { location / { access_by_lua_block { local limit_req = require "resty.limit.req" local lim, err = limit_req.new("my_limit_req_store", 200, 100) if not lim then ngx.log(ngx.ERR, "failed to instantiate a resty.limit.req object: ", err) return ngx.exit(500) end
local key = ngx.var.binary_remote_addr local delay, err = lim:incoming(key, true) if not delay then if err == "rejected" then return ngx.exit(503) end ngx.log(ngx.ERR, "failed to limit req: ", err) return ngx.exit(500) end
if delay >= 0.001 then ngx.sleep(delay) end }
proxy_pass http://backend; } } } |
在上面的示例中，使用了OpenResty的resty.limit.req模块，通过Lua脚本实现了动态限流策略。
五、实际应用场景
1. 防止DDoS攻击
限流可以有效地防止DDoS攻击。通过限制每个IP地址的请求频率，可以防止恶意攻击者发送大量请求导致服务器过载。
示例：
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 |
http { limit_req_zone $binary_remote_addr zone=one:10m rate=1r/s;
server { location / { limit_req zone=one burst=5 nodelay; proxy_pass http://backend; } } } |
2. 防止爬虫过度抓取
通过限
流，可以防止爬虫过度抓取网站内容，从而保护服务器资源。
示例：
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 |
http { limit_req_zone $binary_remote_addr zone=one:10m rate=1r/s;
server { location / { limit_req zone=one burst=5 nodelay; proxy_pass http://backend; } } } |
3. 保护API服务
对于API服务，限流可以防止滥用，确保API的可用性和稳定性。
示例：
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 |
http { limit_req_zone $binary_remote_addr zone=one:10m rate=10r/m;
server { location /api { limit_req zone=one burst=20 nodelay; proxy_pass http://api_backend; } } } |
六、限流日志和监控
为了更好地管理和监控限流策略，可以配置Nginx的日志记录限流事件，并使用监控工具进行分析。
1. 配置日志
可以通过Nginx的日志模块记录限流事件。
示例：
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http { log_format main '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" ' '$status $body_bytes_sent "$http_referer" ' '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for" ' '$request_time $upstream_response_time $pipe';
access_log /var/log/nginx/access.log main;
limit_req_zone $binary_remote_addr zone=one:10m rate=1r/s;
server { location / { limit_req zone=one burst=5 nodelay;
error_log /var/log/nginx/error.log warn;
proxy_pass http://backend; } } } |
2. 使用监控工具
可以使用Prometheus、Grafana等监控工具来监控Nginx的限流情况。通过配置Nginx的VTS模块，可以导出Nginx的各种统计信息，并在Grafana中进行可视化展示。
