基于openresty构建运维工具链实践

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导读

如今OpenResty已广泛被各个互联网公司在实际生产环境中应用，在保留Nginx高并发、高稳定等特性基础上，通过嵌入Lua来提升在负载均衡层的开发效率并保证其高性能。本文主要介绍接口鉴权、流量控制以及记录追踪几个工具在实际生产环境中的应用实践，用于解决实际业务问题，提升业务运维效率，对于Openresty基本原理不再赘述。

1.1 OpenResty简介

OpenResty官网介绍如下：

1、OpenResty是一个基于Nginx与Lua的高性能Web平台，其内部集成了大量精良的Lua库、第三方模块以及大多数的依赖项。用于方便地搭建能够处理超高并发、扩展性极高的动态Web应用、Web服务和动态网关；

2、OpenResty通过汇聚各种设计精良的Nginx模块（主要由OpenResty团队自主开发），从而将Nginx有效地变成一个强大的通用Web应用平台。这样，Web开发人员和系统工程师可以使用Lua脚本语言调动Nginx支持的各种C以及Lua模块，快速构造出足以胜任10K乃至1000K以上单机并发连接的高性能Web应用系统；

3、OpenResty的目标是让你的Web服务直接跑在Nginx服务内部，充分利用Nginx的非阻塞I/O模型，不仅仅对HTTP客户端请求,甚至于对远程后端诸如MySQL、PostgreSQL、Memcached以及Redis等都进行一致的高性能响应；

4、目前，OpenResty已在TikTok、微软、淘宝、腾讯、网易、百度、平安银行以及搜狐等各个行业广泛应用，本文主要对于生产环境的应用实践进行展开描述，对于OpenResty本身的实现原理不再阐述。

工具介绍

2.1 接口鉴权

-背景：随着线上环境的日益复杂，服务接口请求很容易被外部拦截，根据拦截的接口请求，执行数据的爬取，外部恶意刷量、攻击等等，对线上服务安全性、稳定性以及可用性造成一定的影响，因此，服务接口安全性需求的也日益增加；

-目标：实现一个通用的、经过简单配置变更即可快速实现指定服务接口接入鉴权处理逻辑，增强服务接口安全性，同时可在不同APP版本之间，实现灵活配置指定是否参与鉴权，参与鉴权使用的key等等，在保证服务接口安全的同时，兼顾老用户的使用体验；

-适用场景：适用于安全性要求相对较低，接口接入鉴权拦截效率高的场景，例如：新闻内容相关服务接口等。而对于安全性要求较高的服务接口则不适用，例如：用户信息相关服务接口等。

2.1.1 实现原理

1、通过WEB端实现APP版本、versionkey、鉴权接口以及鉴权开关的动态管理；

2、Lua初始化指定内存区，动态加载数据库中存储的鉴权接口、鉴权key等相关信息到内存中，供后续处理逻辑使用；

3、客户端版本指定区间范围内固定versionkey，在用户请求时，客户端根据versionkey进行计算生成鉴权key，并拼接到用户请求地址参数后进行下发；

4、用户请求到负载均衡层时，进行用户请求参数解析，对用户请求类型、参数中APP版本、鉴权参数等进行校验，判断用户请求是否参与鉴权；

5、负载均衡层针对参与鉴权的用户请求，进行请求参数解析签名，按照约定算法进行参数排序组装；

6、负载均衡层根据APP版本区间对应的versionkey以及约定的计算算法，计算生成鉴权key，并与客户端下发key进行比对；

7、针对匹配成功的请求进行放行，匹配失败的请求进行拦截并向客户端返回鉴权失败消息。

2.1.2 注意事项

1、versionkey和APP版本区间是1对多的关系，需采用前闭后开区间执行严格对应，防止执行APP版本切换versionkey时导致新版本客户端用户请求鉴权失败；

2、用户请求参数组装，需注意去重、解码、排序，不同的请求类型例如get和post，请求参数格式存在差别，需对请求url或者body体中的参数进行解码、去重、排序后进行鉴权key计算，避免因APP端和负载均衡层参数形式展示不同导致计算的鉴权key不同，影响正常的用户请求；

3、鉴权数据可视化，参与鉴权的接口、鉴权流量，鉴权失败量、鉴权失败原因等需实现可监控告警，及时发现鉴权异常问题，避免因参与鉴权影响正常用户体验；

4、需保留鉴权动态开关功能设置，以便于实现秒级打开/关闭鉴权拦截功能，实现快速鉴权拦截切换，保障线上业务安全性。

2.1.3 处理流程

1、APP接收用户请求，调用具体的服务接口响应本地用户请求；

2、OpenResty源站接收本次请求，进行用户请求参数解析，如是Get请求，则解析请求参数，如是Post请求则解析请求的参数和Body体；

3、进入鉴权判断逻辑之前，首先对解析参数中APP版本进行判断，此次用户请求携带的APP版本是否在参与鉴权的APP版本区间之内，如不在，则正常转发此次用户请求到后端对应服务，响应处理本地请求；

4、如此次用户请求携带的APP版本在鉴权版本区间范围之内，则进一步判断用户请求携带的鉴权参数是否完整，如鉴权参数不全，则向APP返回报错信息：鉴权参数不全；结束本次用户请求的处理过程；

5、如用户请求携带鉴权参数完整，则对本次用户请求的时效性进行判断，如不符合预期，则向APP返回报错信息：用户请求不在有效期内；结束本次用户请求的处理过程；

6、如鉴权参数完整，且在有效期内，则开始根据约定的算法、用户请求参数和app key，计算鉴权key，并与APP下发的鉴权key进行校验对比，如不匹配，则向APP返回报错信息：鉴权key错误；结束本次用户请求的处理过程；

7、如鉴权key校验通过，则顺利完成本次鉴权逻辑处理，转发到后端服务进行响应处理本次用户请求。

鉴权处理流程图：

2.1.4 实现简介

2.1.4.1 获取versionkey

根据APP版本获取该版本对应的versionkey，需要注意的是，一个versionkey的有效APP版本区间，例如a版本开始使用key1进行鉴权，到d版本开始切换使用key2，这样key1对应的APP版本区间就是[a, d)：

local function get_version_key(version)local version_number = blacklist:get(config.sig_version)local first_version = blacklist:get(config.sig_first_version)local first_version_key = blacklist:get(first_version)local lower_version_key = first_version_keyfor i = 2, version_number, 1 dolocal n = tostring(i)local k = config.sig_version_number_prefix .. nlocal v = blacklist:get(k)if v == nil thenreturn nil, "not found ".. kendif version < v thenreturn lower_version_key, nilendlocal version_key = blacklist:get(v)if version_key == nil thenreturn nil, "not found " .. vendlower_version_key = version_keyendreturn lower_version_key, nilend

2.1.4.2 鉴权拦截功能

针对参与鉴权的用户请求，判断鉴权参数完整性、鉴权key准确性以及鉴权失败拦截信息反馈APP端等：

local function sig_check()local sig_prefix = ngx.var.sig_prefixif sig_prefix == nil or sig_prefix == "" then--ngx.log(ngx.ERR, "sig_prefix not set")returnend-- 鉴权动态开关, 控制是否开启鉴权功能local switch_flag = config.sig_switch .. sig_prefixlocal init_version = blacklist:get(switch_flag)if init_version == nil thenngx.log(ngx.ERR, "switch_flag not set")returnendlocal sig_string, create_errif ngx.var.request_method == "GET" thensig_string, create_err = create_get_method_sig_string()else-- post and 请求格式content_type == "application/json" thensig_string, create_err = create_post_sig_string()sig_string, create_err = create_post_json_method_sig_string()elsereturnendendsig_string = sig_string .. version_key#鉴权计算,使用算法根据实际需求替换字符串“aa”local aa = resty_aa:new()if aa == nil thenngx.log(ngx.ERR, "resty_aa new err ")returnendlocal ok = aa:update(sig_string)if not ok thenngx.log(ngx.ERR, "resty_aa update err ")returnendlocal digest = aa:final()local right_sig = resty_str.to_hex(digest)if right_sig ~= sig thenngx.log(ngx.ERR, "signature failed, right_sig: ", right_sig, " client_sig: ", sig, " sig_string: ", sig_string)end

2.1.4.3 鉴权数据可视化

鉴权监控示例图：

1、参与鉴权接口总计QPS统计样例图：

2、分接口鉴权QPS统计样例图：

3、鉴权失败情况统计样例图：

4、鉴权失败告警信息样例图：

2.2 流量控制

当今线上业务服务都采用多IDC或多可用区部署，保障单个IDC或可用区不可用时业务的可用性，如遇到IDC/可用区网络割接、机器维护时，如何快速摘到相关业务流量，保证用户使用不受影响呢？服务异常时，如何快速摘掉一个节点流量保护排查现场，快速恢复服务呢？流量控制工具的设计实现，主要目标就是在负载均衡层可以快速服务摘掉一个节点、一个IDC/可用区的业务流量，满足以上场景使用需求。

2.2.1 实现原理

1、WEB端进行源站节点、需要摘掉的服务节点、IP或者IP段等信息的动态管理维护；

2、Lua实现共享内存区域初始化，加载动态置为down状态的节点信息到共享内存；

3、通过lua的set_peer_down方法，将指定服务节点、IP或者IP段动态置为down/up状态，实现动态摘掉/恢复指定服务节点、指定机器或者指定IDC/可用区的线上流量。

2.2.2 注意事项

1、需注意源站nginx进程多woker之间数据保持同步问题，通过共享内存解决；

2、节点状态监控，实时监控确认节点状态，防止节点状态动态变更失败；

3、节点状态置为down有效期告警管理，避免人工置为down状态摘掉流量后，忘记恢复。

2.2.3 处理流程

2.2.4 实现简介

2.2.4.1 共享内存初始化

初始化共享内存，用于存放节点以及节点状态信息，openresty多woker进程，通过共享内存获取节点及状态信息，实现每个woker节点处理请求，获取到的后端集群节点状态数据一致性：

lua_shared_dict healthcheck 1m;lua_shared_dict logger_dict 10m;lua_shared_dict logger_metric_dict 10m;

2.2.4.2 节点状态变更

通过“set_peer_down”将指定节点状态进行变更，控制节点流量开关，这里需要注意针对backup节点需特殊处置，避免未实现完全摘除指定节点流量的目标：

local function set_primary_backup_peer_down(name, addr, is_backup, down_value)local err_msglocal ok = falselocal peersif is_backup thenpeers, err_msg = get_backup_peers(name)elsepeers, err_msg = get_primary_peers(name)endif not peers thenerr_msg = "failed to get servers in upstream "..name.." err: "..err_msgreturn ok, err_msgendfor i, srv in ipairs(peers) dofor k, v in pairs(srv) doif k == "name" and v == addr thenlocal peer_id = i - 1ok, err_msg = set_peer_down(name, is_backup, peer_id, down_value)breakendendendreturn ok, err_msgend

2.3 记录追踪

2.3.1 实现原理

1、WEB端维护CID白名单，控制过滤收录的用户请求日志；

2、Lua开发实现过滤器，实现在Openresty集群，将指定CID用户的所有请求记录进行过滤；

3、Lua实现批处理器，将过滤器处理的请求记录数据批量写入ES集群（这里以ES为例）。

2.3.2 注意事项

1、数据批量处理，杜绝过滤一条处理一条，避免对后端存储ES集群造成读写压力；

2、批处理逻辑设置超时时间，避免因过滤数据较少，导致数据长时间未写入后端存储。

2.3.3 处理流程

2.3.4 实现简介

2.3.4.1 全局配置

通过nginx http配置中，进行过滤器全局配置，实现针对整个Openresty集群的用户请求进行过滤处理，避免针对所有接口进行过滤器配置：

log_by_lua_file "/opt/openresty/lualib/logger-plugin/logger.lua";server {set $resp_body "";body_filter_by_lua_file "/opt/openresty/lualib/logger-plugin/filter.lua";}

2.3.4.2 过滤器

过滤器需要设置body体大小，避免因用户请求返回数据较大影响处理效率：

local ngx = ngxlocal string = stringlocal max_size = 51200 -- 50 * 1024 = 50klocal body = string.sub(ngx.arg[1], 1, max_size)ngx.ctx.resp_buffered = (ngx.ctx.resp_buffered or "") .. bodyif ngx.arg[2] thenngx.var.resp_body = ngx.ctx.resp_bufferedend

2.3.4.3 批处理器

批处理限制数据，声明设置批量处理条数限制、处理超时时间设置、后端存储配置以及批量处置的整体body大小限制等等：

local _M = {}_M.conf = {dict = ngx.shared.logger_dict,name = "ES",send_metric_exptime = 3600, -- secondelasticsearch_index = "****",endpoint_addr = "ES地址",-- 失败后，延迟发送时间response_body_max_size = 51200, -- 50 * 1024response_body_max_tag = "response_body_max_tag",retry_delay = 5, -- second-- 发送失败最大次数max_retry_count = 5,-- 设置每批发送日志的最大条数，当日志条数达到设置的最大值时，会自动推送全部日志到 ESbatch_max_size = 1000,batch_max_size_exceeded_metric = "***",batch_log_max_size = 52428800, -- bit, 50 * 1024 * 1024 bit = 50Mbatch_log_max_size_metric = "***",batch_log_max_size_exceeded_metric = "***",-- inactive_timeout 刷新缓冲区的最大时间（以秒为单位），-- 当达到最大的刷新时间时，无论缓冲区中的日志数量是否达到设置的最大条数，-- 也会自动将全部日志推送到 ESinactive_timeout = 10,-- buffer_duration: 必须先处理批次中最旧条目的最长期限（以秒为单位）buffer_duration = 10,}return _M

总结

本文主要介绍了鉴权和流量控制工具在生产环境的实践，通过Lua开发实现Openresty端工具链开发实现，在不影响负载均衡层性能的前提下，快速构建运维工具，提升运维工作效率。Openresty在互联网行业有较广泛的应用，本文只是简单介绍了这几个工具的实践，希望能够对大家日常工作起到帮助作用。

参考文档：

1、Openresty：[http://openresty.org/cn/nginx.html]

2、lua-nginx-module：[https://github.com/openresty/lua-nginx-module]

3、ngxreqget_uri_args：[https://github.com/openresty/lua-nginx-module#ngxreqget_uri_args]

4、ngxreqget_post_args：[https://github.com/openresty/lua-nginx-module#ngxreqget_post_args]

5、lua-upstream-nginx-module：[https://github.com/openresty/lua-upstream-nginx-module]

6、set_peer_down：[https://github.com/openresty/lua-upstream-nginx-module#set_peer_down]

7、lua-resty-elasticearch：[https://github.com/midoks/lua-resty-elasticsearch]

8、lua-resty-http：[https://github.com/ledgetech/lua-resty-http]