Lua在Nginx的应用

首发于 樊浩柏科学院

当 Nginx 标准模块和配置不能灵活地适应系统要求时，就可以考虑使用 Lua 扩展和定制 Nginx 服务。OpenResty 集成了大量精良的 Lua 库、第三方模块，可以方便地搭建能够处理超高并发、扩展性极高的 Web 服务，所以这里选择 OpenResty 提供的 lua-nginx-module 方案。

安装Lua环境

lua-nginx-module 依赖于 LuaJIT 和 ngx_devel_kit。LuaJIT 需要安装，ngx_devel_kit 只需下载源码包，在 Nginx 编译时指定 ngx_devel_kit 目录。

系统依赖库

首先确保系统已安装如下依赖库。

$ yum install readline-devel pcre-devel openssl-devel gcc

安装LuaJIT

首先，安装 LuaJIT 环境，如下所示：

$ wget http://luajit.org/download/LuaJIT-2.0.5.tar.gz
$ tar zxvf LuaJIT-2.0.5.tar.gz
$ cd LuaJIT-2.0.5
$ make install
# 安装成功
==== Successfully installed LuaJIT 2.0.5 to /usr/local ====

设置 LuaJIT 有关的环境变量。

$ export LUAJIT_LIB=/usr/local/lib
$ export LUAJIT_INC=/usr/local/include/luajit-2.0
$ echo "/usr/local/lib" > /etc/ld.so.conf.d/usr_local_lib.conf
$ ldconfig

下载相关模块

下载 ngx_devel_kit 源码包，如下：

$ wget https://github.com/simpl/ngx_devel_kit/archive/v0.3.0.tar.gz
$ tar zxvf v0.3.0.tar.gz
# 解压缩后目录名
ngx_devel_kit-0.3.0

接下来，下载 Lua 模块 lua-nginx-module 源码包，为 Nginx 编译作准备。

$ wget https://github.com/openresty/lua-nginx-module/archive/v0.10.10.tar.gz
$ tar zxvf v0.10.10.tar.gz
# 解压缩后目录名
lua-nginx-module-0.10.10

加载Lua模块

Nginx 1.9 版本后可以动态加载模块，但这里由于版本太低只能重新编译安装 Nginx。下载 Nginx 源码包并解压：

$ wget http://nginx.org/download/nginx-1.13.5.tar.gz
$ tar zxvf nginx-1.13.5.tar.gz

编译并重新安装 Nginx：

$ cd nginx-1.13.5
# 增加--add-module=/usr/src/lua-nginx-module-0.10.10 --add-module=/usr/src/ngx_devel_kit-0.3.0
$ ./configure --prefix=/usr/local/nginx --with-http_ssl_module --with-http_v2_module --with-http_stub_status_module --with-pcre --add-module=/usr/src/lua-nginx-module-0.10.10 --add-module=/usr/src/ngx_devel_kit-0.3.0
$ make
$ make install
# 查看是否安装成功
$ nginx -v

配置Nginx环境

现在只需配置 Nginx，即可嵌入 Lua 脚本。首先，在 http 部分配置 Lua 模块和第三方库路径：

# 第三方库（cjson）地址luajit-2.0/lib
lua_package_path '/home/www/lua/?.lua;;';
lua_package_cpath '/usr/local/include/luajit-2.0/lib/?.so;;';

接着，配置一个 Lua 脚本服务：

# hello world测试
server {
    location /lua_content {
        # 定义MIME类型
        default_type 'text/plain';
        content_by_lua_block {
            ngx.say('Hello,world!')
        }
    }
}

测试安装和配置是否正常：

$ service nginx test
$ service nginx reload
# 访问地址/lua_content输出
Hello,world!

Lua调用Nginx

lua-nginx-module 模块中已经为 Lua 提供了丰富的 Nginx 调用 API，每个 API 都有各自的作用环境，详细描述见 Nginx API for Lua。这里只列举基本 API 的使用 。

先配一个 Lua 脚本服务，配置文件如下：

location ~ /lua_api {  
    # 示例用的Nginx变量  
    set $name $host;
    default_type "text/html";  
    # 通过Lua文件进行内容处理
    content_by_lua_file /home/www/nginx-api.lua;  
}

请求部分

• ngx.var

可以通过ngx.var.var_name形式获取或设置 Nginx 变量值，例如 request_uri、host、request 等。

-- ngx.say打印内容
ngx.say(ngx.var.request_uri)
ngx.var.name = 'www.fanhaobai.com'

• ngx.req.get_headers()

该方法会以表的形式返回当前请求的头信息。查看请求的头信息：

ngx.say('Host : ', ngx.req.get_headers().host, '<br>')
for k,v in pairs(ngx.req.get_headers()) do
    if type(v) == "table" then
        ngx.say(k, " : ", table.concat(v, ","), '<br>')
    else
        ngx.say(k," : ", v, '<br>')
    end
end

当然，通过 ngx.req.set_header() 也可以设置头信息。

ngx.req.set_header("Content-Type", "text/html")

• ngx.req.get_uri_args()

该方法以表形式返回当前请求的所有 GET 参数。查看请求 query 为?name=fhb的 GET 参数：

ngx.say('name : ', ngx.req.get_uri_args().name, '<br>')
for k,v in pairs(ngx.req.get_uri_args()) do
    if type(v) == "table" then
        ngx.say(k, " : ", table.concat(v, ","), '<br>')
    else
        ngx.say(k," : ", v, '<br>')
    end
end

同样，可以通过 ngx.req.set_uri_args() 设置请求的所有 GET 参数。

ngx.req.set_uri_args({name='fhb'}) --{name='fhb'}可以为query形式name=fhb

• get_post_args()

该方法以表形式返回当前请求的所有 POST 参数，POST 数据必须是 application/x-www-form-urlencoded 类型。查看请求curl --data 'name=fhb' localhost/lua_api的 POST 参数：

--必须先读取body体
ngx.req.read_body()
ngx.say('name : ', ngx.req.get_post_args().name, '<br>')
for k,v in pairs(ngx.req.get_post_args()) do
    if type(v) == "table" then
        ngx.say(k, " : ", table.concat(v, ","), '<br>')
    else
        ngx.say(k," : ", v, '<br>')
    end
end

通过 ngx.req.get_body_data() 方法可以获取未解析的请求 body 体内容字符串。

• ngx.req.get_method()

获取请求的大写字母形式的请求方式，通过 ngx.req.set_method() 可以设置请求方式。例如：

ngx.say(ngx.req.get_method())

响应部分

• ngx.header

通过ngx.header.header_name的形式获取或设置响应头信息。如下：

ngx.say(ngx.header.content_type)
ngx.header.content_type = 'text/plain'

• ngx.print()

ngx.print() 方法会填充指定内容到响应 body 中。如下所示：

ngx.print(ngx.header.content_type)

• ngx.say()

如上述使用，ngx.say() 方法同 ngx.print() 方法，只是会在后追加一个换行符。

• ngx.exit()

以某个状态码返回响应内容，状态码常量对应关系见 HTTP status constants 部分，也支持数字形式的状态码。

ngx.exit(403)

• ngx.redirect()

重定向当前请求到新的 url，响应状态码可选列表为 301、302（默认）、303、307。

ngx.redirect('http://www.fanhaobai.com')

其他

• ngx.re.match

该方法提供了正则表达式匹配方法。请求?name=fhb&age=24匹配 GET 参数中的数字：

local m, err = ngx.re.match(ngx.req.set_uri_args, "[0-9]+")
if m then
    ngx.say(m[0])
else
    ngx.say("match not found")
end

• ngx.log()

通过该方法可以将内容写入 Nginx 日志文件，日志文件级别需同 log 级别一致。

• ngx.md5() | ngx.encode_base64() | ngx.decode_base64()

它们都是字符串编码方式。ngx.md5() 可以对字符串进行 md5 加密处理，而 ngx.encode_base64() 是对字符串 base64 编码， ngx.decode_base64() 为 base64 解码。

Nginx中嵌入Lua

上面讲述了怎么在 Lua 中调用 Nginx 的 API 来扩展或定制 Nginx 的功能，那么编写好的 Lua 脚本怎么在 Nginx 中得到执行呢？其实，Nginx 是通过模块指令形式在其 11 个处理阶段做插入式处理，指令覆盖 http、server、server if、location、location if 这几个范围。

模块指令列表

这里只列举基本的 Lua 模块指令，更多信息参考 Directives 部分。

使用指令

注意到，每个指令都会有*_lua和*_lua_file两个指令，*_lua指令后为 Lua 代码块，而*_lua_file指令后为 Lua 脚本文件路径。下面将只对*_lua指令进行说明。

• init_by_lua

该指令会在 Nginx 的 Master 进程加载配置时执行，所以可以完成 Lua 模块初始化工作，Worker 进程同样会继承这些。

nginx.conf配置文件中的 http 部分添加如下代码：

-- 所有worker共享的全局变量
lua_shared_dict shared_data 1m;  
init_by_lua_file /usr/example/lua/init.lua;

init.lua初始化脚本为：

local cjson = require 'cjson'
local redis = require 'resty.redis'
local shared_data = ngx.shared.shared_data

• set_by_lua

我们直接使用 set 指令很难实现很复杂的变量赋值逻辑，而 set_by_lua 模块指令就可以解决这个问题。

nginx.conf配置文件 location 部分内容为：

location /lua {
    set_by_lua_file $num /home/www/set.lua;
    default_type 'text/html';
    echo $num;
}

set.lua脚本内容为：

local uri_args = ngx.req.get_uri_args()
local i = uri_args.a or 0
local j = uri_args.b or 0
return i + j

上述赋值逻辑，请求 query 为?a=10&b=2时响应内容为 12。

• rewrite_by_lua

可以实现内部 URL 重写或者外部重定向。nginx.conf配置如下：

location /lua {
    default_type "text/html";
    rewrite_by_lua_file /home/www/rewrite.lua;
}

rewrite.lua脚本内容：

if ngx.req.get_uri_args()["type"] == "app" then
    ngx.req.set_uri("/m_h5", false);
end

• access_by_lua

用于访问权限控制。例如，只允许带有身份标识用户访问，nginx.conf配置为：

location /lua {  
    default_type "text/html";
    access_by_lua_file /home/www/access.lua;
}  

access.lua脚本内容为：

if ngx.req.get_uri_args()["token"] == "fanhb" then
    return ngx.exit(403)
end

• content_by_lua

该指令在 Lua 调用 Nginx 部分已经使用过了，用于输出响应内容。

案例

访问权限控制

使用 Lua 模块对本站的 ES 服务做受信操作控制，即非受信 IP 只能查询操作。nginx.conf配置如下：

location / {
    set $allowed '115.171.226.212';
    access_by_lua_block {
        if ngx.re.match(ngx.req.get_method(), "PUT|POST|DELETE") and not ngx.re.match(ngx.var.request_uri, "_search") then
        start, _ = string.find(ngx.var.allowed, ngx.var.remote_addr)
        if not start then
        ngx.exit(403)
        end
    end
    }
    
    proxy_pass http://127.0.0.1:9200$request_uri;
}

访问频率控制

在 Nginx 配置文件的 location 部分配置 Lua 脚本基本参数，并配置 Lua 模块指令：

default_type "text/html";
set rate_per 300
access_by_lua_file /home/www/access.lua;

Lua 脚本实现频率控制逻辑，使用 Redis 对单位时间内的访问次数做缓存，key 为访问 uri 拼接 token 后的 md5 值。具体内容如下：

local redis = require "resty.redis"
local red = redis:new()

local limit = tonumber(ngx.var.rate_per) or 200
local expire_time = tonumber(ngx.var.rate_expire) or 1000
local key = "rate.limit:string:"

red:set_timeout(500)
local ok, err = red:connect("www.fanhaobai.com", 6379)
if not ok then
    ngx.log(ngx.ERR, "failed to connect redis: " .. err)
    return
end

key = key .. ngx.md5(ngx.var.request_uri .. (ngx.req.get_uri_args()['token'] or ngx.req.get_post_args()['token']))
local times, err = red:incr(key)
if not times then
    ngx.log(ngx.ERR, "failed to exec incr: " .. err)
    return
elseif times == 1 then
    ok, err = red:expire(key, expire_time)
    if not ok then
        ngx.log(ngx.ERR, "failed to exec expire: " .. err)
        return
    end
end

if times > limit then
    return ngx.exit(403)
end

return

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