nginx与lua的执行顺序和步骤说明

一. nginx执行步骤

nginx在处理每一个用户请求时,都是按照若干个不同的阶段依次处理的,与配置文件上的顺序没有关系,详细内容可以阅读《深入理解nginx:模块开发与架构解析》这本书,这里只做简单介绍;

1. post-read

读取请求内容阶段,nginx读取并解析完请求头之后就立即开始运行;

2. server-rewrite

server请求地址重写阶段;

3. find-config

配置查找阶段,用来完成当前请求与location配重块之间的配对工作;

4. rewrite

location请求地址重写阶段,当ngx_rewrite指令用于location中,就是再这个阶段运行的;

5. post-rewrite

请求地址重写提交阶段,当nginx完成rewrite阶段所要求的内部跳转动作,如果rewrite阶段有这个要求的话;

6. preaccess

访问权限检查准备阶段,ngx_limit_req和ngx_limit_zone在这个阶段运行,ngx_limit_req可以控制请求的访问频率,ngx_limit_zone可以控制访问的并发度;

7. access

权限检查阶段,ngx_access在这个阶段运行,配置指令多是执行访问控制相关的任务,如检查用户的访问权限,检查用户的来源IP是否合法;

8. post-access

访问权限检查提交阶段;

9. try-files

配置项try_files处理阶段;

10. content

内容产生阶段,是所有请求处理阶段中最为重要的阶段,因为这个阶段的指令通常是用来生成HTTP响应内容的;

11. log

日志模块处理阶段;

二. ngx_lua运行指令

ngx_lua属于nginx的一部分,它的执行指令都包含在nginx的11个步骤之中了,不过ngx_lua并不是所有阶段都会运行的;

1. init_by_luainit_by_lua_file

语法:init_by_lua

语境:http

阶段:loading-config

当 nginx master 进程在加载 nginx 配置文件时运行指定的 lua 脚本,通常用来注册lua的全局变量或在服务器启动时预加载lua模块:

init_by_lua 'cjson = require "cjson"';

server {
    location = /api {
        content_by_lua '
            ngx.say(cjson.encode({dog = 5, cat = 6}))
        '
    }
}

或者初始化 lua_shared_dict 共享数据:

lua_shared_dict dogs 1m;
init_by_lua '
    local dogs = ngx.shared.dogs;
    dogs:set("Tom", 50)
'
server {
    location = /api {
        content_by_lua '
            local dogs = ngx.shared.dogs;
            ngx.say(dogs:get("Tom"))
        '
    }
}

但是,lua_shared_dict 的内容不会在 nginx reload 时被清除。所以如果你不想在你的 init_by_lua 中重新初始化共享数据,那么你需要在你的共享内存中设置一个标志位并在 init_by_lua 中进行检查。

因为这个阶段的lua代码是在nginx forks出任何worker进程之前运行,数据和代码的加载将享受由操作系统提供的copy-on- write的特性,从而节约了大量的内存。

不要在这个阶段初始化你的私有lua全局变量,因为使用lua全局变量会照成性能损失,并且可能导致全局命名空间被污染。 这个阶段只支持一些小的 LUA Nginx API 设置:ngx.log 和 print、ngx.shared.DICT;

2. init_worker_by_luainit_worker_by_lua_file

语法:init_worker_by_lua

语境:http

阶段:starting-worker

在每个nginx worker进程启动时调用指定的lua代码。如果master 进程不允许,则只会在init_by_lua之后调用。

这个hook通常用来创建每个工作进程的计时器(通过lua的ngx.timer API),进行后端健康检查或者其它日常工作:

init_worker_by_lua:
    local delay = 3  -- in seconds
    local new_timer = ngx.timer.at
    local log = ngx.log
    local ERR = ngx.ERR
    local check
    check = function(premature)
        if not premature then
            -- do the health check other routine work
            local ok, err = new_timer(delay, check)
            if not ok then
                log(ERR, "failed to create timer: ", err)
                return
            end
        end
    end
    local ok, err = new_timer(delay, check)
    if not ok then
        log(ERR, "failed to create timer: ", err)
    end

3. set_by_luaset_by_lua_file

语法:set_by_lua $res [$arg1 $arg2 …]

语境:server、server if、location、location if

阶段:rewrite

传入参数到指定的lua脚本代码中执行,并得到返回值到res中。中的代码可以使从ngx.arg表中取得输入参数(顺序索引从1开始)。

这个指令是为了执行短期、快速运行的代码因为运行过程中nginx的事件处理循环是处于阻塞状态的。耗费时间的代码应该被避免。

禁止在这个阶段使用下面的API:

  1. output api(ngx.say和ngx.send_headers);
  2. control api(ngx.exit);
  3. subrequest api(ngx.location.capture和ngx.location.capture_multi);
  4. cosocket api(ngx.socket.tcp和ngx.req.socket);
  5. sleep api(ngx.sleep)

此外注意,这个指令只能一次写出一个nginx变量,但是使用ngx.var接口可以解决这个问题:

location /foo {
    set $diff '';
    set_by_lua $num '
        local a = 32
        local b = 56
        ngx.var.diff = a - b; --写入$diff中
        return a + b;  --返回到$sum中
    '
    echo "sum = $sum, diff = $diff";
}

这个指令可以自由的使用HttpRewriteModule、HttpSetMiscModule和HttpArrayVarModule所有的方法。所有的这些指令都将按他们出现在配置文件中的顺序进行执行。

4. rewrite_by_luarewrite_by_lua_file

语法:rewrite_by_lua

语境:http、server、location、location if

阶段:rewrite tail

作为rewrite阶段的处理,为每个请求执行指定的lua代码。注意这个处理是在标准HtpRewriteModule之后进行的:

location /foo {
    set $a 12;
    set $b "";
    rewrite_by_lua 'ngx.var.b = tonumber(ngx.var.a) + 1';
    echo "res = $b";
}

如果这样的话将不会按预期进行工作:

location /foo {
    set $a 12;
    set $b '';
    rewrite_by_lua 'ngx.var.b = tonumber(ngx.var.a) + 1';
    if($b = '13') {
        rewrite ^ /bar redirect;
        break;
    }
    echo "res = $b"
}

因为if会在rewrite_by_lua之前运行,所以判断将不成立。正确的写法应该是这样:

location /foo {
    set $a 12;
    set $b '';
    rewrite_by_lua '
        ngx.var.b = tonumber(ngx.var.a) + 1
        if tonumber(ngx.var.b) == 13 then
            return ngx.redirect("/bar");
        end
    '
    echo "res = $b";
}

注意ngx_eval模块可以近似于使用rewite_by_lua,例如:

location / {
    eval $res {
        proxy_pass http://foo,com/check-spam;
    }
    if($res = 'spam') {
        rewrite ^ /terms-of-use.html redirect;
    }
    fastcgi_pass .......
}

可以被ngx_lua这样实现:

location = /check-spam {
    internal;
    proxy_pass http://foo.com/check-spam;
}
location / {
    rewrite_by_lua '
        local res = ngx.location.capture("/check-spam")
        if res.body == "spam" then
            return ngx.redirect("terms-of-use.html")
    '
    fastcgi_pass .......
}

和其它的rewrite阶段的处理程序一样,rewrite_by_lua 在 subrequests 中一样可以运行。

请注意在 rewrite_by_lua 内调用 ngx.exit(ngx.OK),nginx 的请求处理流程将继续进行content阶段的处理。从rewrite_by_lua终止当前的请求,要调用 ngx.exit 返回 status 大于 200 并小于 300 的成功状态或ngx.exit(ngx.HTTP_INTERNAL_SERVER_ERROR) 的失败状态。

如果 HttpRewriteModule 的重写指令被用来改写URI和重定向,那么任何 rewrite_by_lua 和 rewrite_by_lua_file 的代码将不会执行,例如:

location /foo {
    rewrite ^ /bar;
    rewrite_by_lua 'ngx.exit(503)'
}
location /bar {
    .......
}

在这个例子中 ngx.exit(503) 将永远不会被执行,因为 rewrite 修改了 location,请求已经跳入其它 location 中了。

5. access_by_luaaccess_by_lua_file

语法:access_by_lua

语境:http,server,location,location if

阶段:access tail

为每个请求在访问阶段的调用lua脚本进行处理。主要用于访问控制,能收集到大部分的变量。

注意 access_by_lua 和 rewrite_by_lua 类似是在标准 HttpAccessModule 之后才会运行,看一个例子:

location / {
    deny 192.168.1.1;
    allow 192.168.1.0/24;
    allow 10.1.1.0/16;
    deny all;
    access_by_lua '
        local res = ngx.location.capture("/mysql", {...})
        ....
    '
}

如果 client ip 在黑名单之内,那么这次连接会在进入 access_by_lua 调用的 mysql 之前被丢弃掉。

ngx_auth_request 模块和 access_by_lua 的用法类似:

location / {
    auth_request /auth;
}

可以用ngx_lua这么实现:

location / {
    access_by_lua '
        local res = ngx.location.capture("/auth")
        if res.status == ngx.HTTP_OK then
            return
        end
        if res.status == ngx.HTTP_FORBIDDEN then
            ngx.exit(res.status)
        end
        ngx.exit(ngx.HTTP_INTERNAL_SERVER_ERROR)
    '
}

和其它 access 阶段的模块一样,access_by_lua 不会在 subrequest 中运行。

请注意在 access_by_lua 内调用 ngx.exit(ngx.OK),nginx 的请求处理流程将继续进行后面阶段的处理。从 rewrite_by_lua 终止当前的请求,要调用 ngx.exit 返回 status 大于 200 并小于 300 的成功状态或ngx.exit(ngx.HTTP_INTERNAL_SERVER_ERROR) 的失败状态。

6. content_by_luacontent_by_lua_file

语法:content_by_lua

语境:location,location if

阶段:content

作为 “content handler” 为每个请求执行lua代码,为请求者输出响应内容。

不要将它和其它的内容处理指令在同一个 location 内使用如 proxy_pass。

7. header_filter_by_luaheader_filter_by_lua_file

语法:header_filter_by_lua

语境:http,server,location,location if

阶段:output-header-filter

一般用来设置 cookie 和 headers,在该阶段不能使用如下几个API:

  1. output API(ngx.say和ngx.send_headers)
  2. control API(ngx.exit和ngx.exec)
  3. subrequest API(ngx.location.capture和ngx.location.capture_multi)
  4. cosocket API(ngx.socket.tcp和ngx.req.socket)

有一个例子是 在你的 lua header filter 里添加一个响应头标头:

location / {
    proxy_pass http://mybackend;
    header_filter_by_lua 'ngx.header.Foo = "blah"';
}

8. body_filter_by_luabody_filter_by_lua_file

语法:body_filter_by_lua

语境:http,server,location,location if

阶段:output-body-filter

输入的数据时通过 ngx.arg[1] (作为lua的string值),通过 ngx.arg[2] 这个 bool 类型表示响应数据流的结尾。

基于这个原因,‘eof’ 只是 nginx 的链接缓冲区的 last_buf(对主requests)或 last_in_chain(对subrequests)的标记。

运行以下命令可以立即终止运行接下来的lua代码:

return ngx.ERROR

这会将响应体截断导致无效的响应。lua 代码可以通过修改 ngx.arg[1] 的内容将数据传输到下游的 nginx output body filter 阶段的其它模块中去。例如,将 response body 中的小写字母进行反转,我们可以这么写:

location / {
    proxy_pass http://mybackend;
    body_filter_by_lua 'ngx.arg[1] = string.upper(ngx.arg[1])'
}

当将 ngx.arg[1] 设置为 nil 或者一个空的 lua string 时,下游的模块将不会收到数据了。

同样可以通过修改 ngx.arg[2] 来设置新的”eof“标记,例如:

location /t {
    echo hello world;
    echo hiya globe;
    body_filter_by_lua '
        local chunk = ngx.arg[1]
        if string.match(chunk, "hello") then
            ngx.arg[2] = true --new eof
            return
        end
        --just throw away any remaining chunk data
        ngx.arg[1] = nil
    '
}

那么GET /t的请求只会回复:hello world

这是因为,当 body filter 看到了一块包含 ”hello“ 的字符块后立即将 ”eof“ 标记设置为了 true,从而导致响应被截断了但仍然是有效的回复。

当 lua 代码中改变了响应体的长度时,应该要清除 content-length 响应头部的值,例如:

location /foo {
    header_filter_by_lua 'ngx.header.content_length = nil'
    body_filter_by_lua 'ngx.arg[1] = string.len(ngx.arg[1]) .. "\n"'
}

在该阶段不能使用如下几个API:

  1. output API(ngx.say和ngx.send_headers)
  2. control API(ngx.exit和ngx.exec)
  3. subrequest API(ngx.location.capture和ngx.location.capture_multi)
  4. cosocket API(ngx.socket.tcp和ngx.req.socket)

nginx output filters 可能会在一次请求中被多次调用,因为响应体可能是以 chunks 方式传输的。因此这个指令一般会在一次请求中被调用多次。

9. log_by_lualog_by_lua_file

语法:log_by_lua

语境:http,server,location,location if

阶段:log

在log阶段调用指定的lua脚本,并不会替换access log,而是在那之后进行调用。

在该阶段不能使用如下几个API:

  1. output API(ngx.say和ngx.send_headers)
  2. control API(ngx.exit和ngx.exec)
  3. subrequest API(ngx.location.capture和ngx.location.capture_multi)
  4. cosocket API(ngx.socket.tcp和ngx.req.socket)

一个收集upstream_response_time的平均数据的例子:

lua_shared_dict log_dict 5M

server{
    location / {
        proxy_pass http;//mybackend
        log_by_lua '
            local log_dict = ngx.shared.log_dict
            local upstream_time = tonumber(ngx.var.upstream_response_time)
            local sum = log_dict:get("upstream_time-sum") or 0
            sum = sum + upstream_time
            log_dict:set("upsteam_time-sum", sum)
            local newval, err = log_dict:incr("upstream_time-nb", 1)
            if not newval and err == "not found" then
                log_dict:add("upstream_time-nb", 0)
                log_dict:incr("upstream_time-nb", 1)
            end
        '
    }
    location = /status {
        content_by_lua '
            local log_dict = ngx.shared.log_dict
            local sum = log_dict:get("upstream_time-sum")
            local nb = log_dict:get("upstream_time-nb")

            if nb and sum then
                ngx.say("average upstream response time:  ", sum/nb, " (", nb, " reqs)")
            else
                ngx.say("no data yet")
            end
        '
    }
}

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