Nginx Stream模块开发：TCP/UDP代理扩展

在Nginx的世界里，Stream模块是实现TCP和UDP代理功能的强大工具。通过开发自定义的Stream模块，我们能够灵活地扩展Nginx的能力，满足各种不同场景下的TCP/UDP代理需求。接下来，就让我们一起深入探索如何开发一个支持TCP/UDP代理的Nginx Stream模块。

开发自定义Stream模块的核心技术点

Stream模块开发基础

Nginx的Stream模块主要用于处理TCP和UDP流量。与HTTP模块不同，Stream模块专注于底层的网络连接，它可以在不解析应用层协议的情况下对网络流量进行转发和处理。

在开发Stream模块时，我们需要了解Nginx的事件驱动架构。Nginx采用单线程、异步、非阻塞的方式处理大量的网络连接，这使得它在高并发场景下表现出色。Stream模块的开发需要遵循Nginx的模块开发规范，包括模块的初始化、配置解析、事件处理等环节。

例如，当一个新的TCP或UDP连接到达时，Stream模块需要能够捕获这个事件，并根据配置决定如何处理这个连接，是直接转发到后端服务器，还是进行一些自定义的处理。

TCP/UDP代理功能扩展

TCP和UDP是两种不同的传输层协议，它们在连接方式、可靠性等方面存在差异。在开发Stream模块时，我们需要分别考虑这两种协议的特点。

对于TCP代理，我们需要处理连接的建立、数据的传输和连接的关闭。当一个客户端发起TCP连接时，Stream模块需要建立与后端服务器的连接，并将客户端的数据转发到后端服务器，同时将后端服务器的响应数据转发回客户端。在这个过程中，需要处理连接超时、错误等异常情况。

对于UDP代理，由于UDP是无连接的协议，我们不需要处理连接的建立和关闭过程。但是，我们需要处理数据包的接收和发送，确保数据包能够正确地在客户端和后端服务器之间传输。

开发自定义Stream模块的实操步骤

环境准备

在开始开发之前，我们需要准备好开发环境。首先，需要安装Nginx的源码包，因为我们要在源码的基础上进行模块开发。可以从Nginx的官方网站下载最新的源码包。

同时，还需要安装一些开发工具，如GCC编译器、make工具等，这些工具用于编译和构建Nginx。

代码示例

以下是一个简单的自定义Stream模块的代码示例，用于实现TCP代理功能：

#include <ngx_config.h>
#include <ngx_core.h>
#include <ngx_stream.h>// 模块配置结构体
typedef struct {ngx_str_t  backend_server;
} ngx_stream_custom_proxy_conf_t;// 模块配置创建函数
static void *
ngx_stream_custom_proxy_create_conf(ngx_conf_t *cf)
{ngx_stream_custom_proxy_conf_t  *conf;conf = ngx_pcalloc(cf->pool, sizeof(ngx_stream_custom_proxy_conf_t));if (conf == NULL) {return NULL;}conf->backend_server.len = 0;conf->backend_server.data = NULL;return conf;
}// 模块配置合并函数
static char *
ngx_stream_custom_proxy_merge_conf(ngx_conf_t *cf, void *parent, void *child)
{ngx_stream_custom_proxy_conf_t *prev = parent;ngx_stream_custom_proxy_conf_t *conf = child;if (conf->backend_server.len == 0) {conf->backend_server = prev->backend_server;}return NGX_CONF_OK;
}// 模块指令解析函数
static ngx_command_t  ngx_stream_custom_proxy_commands[] = {{ ngx_string("custom_proxy_backend"),NGX_STREAM_MAIN_CONF|NGX_STREAM_SRV_CONF|NGX_CONF_TAKE1,ngx_conf_set_str_slot,NGX_STREAM_SRV_CONF_OFFSET,offsetof(ngx_stream_custom_proxy_conf_t, backend_server),NULL },ngx_null_command
};// 模块上下文结构体
static ngx_stream_module_t  ngx_stream_custom_proxy_module_ctx = {NULL,                                  /* preconfiguration */NULL,                                  /* postconfiguration */ngx_stream_custom_proxy_create_conf,   /* create main configuration */ngx_stream_custom_proxy_merge_conf,    /* merge main configuration */NULL,                                  /* create server configuration */NULL                                   /* merge server configuration */
};// 模块定义结构体
ngx_module_t  ngx_stream_custom_proxy_module = {NGX_MODULE_V1,&ngx_stream_custom_proxy_module_ctx,   /* module context */ngx_stream_custom_proxy_commands,      /* module directives */NGX_STREAM_MODULE,                     /* module type */NULL,                                  /* init master */NULL,                                  /* init module */NULL,                                  /* init process */NULL,                                  /* init thread */NULL,                                  /* exit thread */NULL,                                  /* exit process */NULL,                                  /* exit master */NGX_MODULE_V1_PADDING
};// 连接处理函数
static ngx_int_t
ngx_stream_custom_proxy_handler(ngx_stream_session_t *s)
{ngx_stream_custom_proxy_conf_t  *conf;ngx_connection_t               *c;ngx_event_t                    *rev, *wev;conf = ngx_stream_get_module_srv_conf(s, ngx_stream_custom_proxy_module);c = s->connection;rev = c->read;wev = c->write;// 这里可以实现与后端服务器的连接和数据转发逻辑// ...return NGX_OK;
}// 模块初始化函数
static ngx_int_t
ngx_stream_custom_proxy_init(ngx_conf_t *cf)
{ngx_stream_handler_pt        *h;ngx_stream_core_main_conf_t  *cmcf;cmcf = ngx_stream_conf_get_module_main_conf(cf, ngx_stream_core_module);h = ngx_array_push(&cmcf->handlers);if (h == NULL) {return NGX_ERROR;}*h = ngx_stream_custom_proxy_handler;return NGX_OK;
}

代码解释

• 模块配置结构体：ngx_stream_custom_proxy_conf_t 用于存储模块的配置信息，这里我们定义了一个 backend_server 字段，用于指定后端服务器的地址。
• 配置创建和合并函数：ngx_stream_custom_proxy_create_conf 和 ngx_stream_custom_proxy_merge_conf 分别用于创建和合并模块的配置信息。
• 指令解析函数：ngx_stream_custom_proxy_commands 定义了模块的配置指令，这里我们定义了一个 custom_proxy_backend 指令，用于设置后端服务器的地址。
• 模块上下文和定义结构体：ngx_stream_custom_proxy_module_ctx 和 ngx_stream_custom_proxy_module 是模块的上下文和定义结构体，用于告诉Nginx模块的相关信息。
• 连接处理函数：ngx_stream_custom_proxy_handler 是处理连接的核心函数，在这个函数中，我们可以实现与后端服务器的连接和数据转发逻辑。
• 模块初始化函数：ngx_stream_custom_proxy_init 用于将模块的处理函数注册到Nginx的处理链中。

编译和安装

将上述代码保存为 ngx_stream_custom_proxy_module.c 文件，然后在Nginx的源码目录下执行以下命令进行编译和安装：

./configure --add-module=/path/to/your/module
make
make install

配置Nginx

在Nginx的配置文件中添加以下配置：

stream {server {listen 12345;custom_proxy_backend 192.168.1.100:8080;}
}

这里我们监听 12345 端口，并将流量转发到 192.168.1.100:8080 这个后端服务器。

测试方法

启动Nginx服务后，我们可以使用 telnet 或 nc 等工具进行测试。例如，使用 telnet 连接到Nginx监听的端口：

telnet localhost 12345

如果一切正常，我们应该能够与后端服务器建立连接，并进行数据交互。

解决TCP/UDP代理过程中的连接和转发问题

连接超时问题

在TCP代理过程中，连接超时是一个常见的问题。当客户端发起连接请求后，如果在一定时间内没有与后端服务器建立连接，就会出现连接超时。

为了解决这个问题，我们可以在代码中设置连接超时时间。例如，在 ngx_stream_custom_proxy_handler 函数中，可以使用 ngx_add_timer 函数设置连接超时时间：

ngx_add_timer(rev, 5000); // 设置连接超时时间为5秒

数据转发问题

在数据转发过程中，可能会出现数据丢失或乱序的问题。为了确保数据的正确转发，我们需要使用缓冲区来存储和处理数据。

例如，在 ngx_stream_custom_proxy_handler 函数中，可以使用 ngx_buf_t 结构体来创建缓冲区：

ngx_buf_t *buf;
buf = ngx_create_temp_buf(c->pool, 1024);
if (buf == NULL) {return NGX_ERROR;
}

然后将客户端的数据读取到缓冲区中，并发送到后端服务器：

ngx_int_t n = ngx_readv_chain(c, &buf->chain, 1);
if (n <= 0) {return n;
}// 发送数据到后端服务器
// ...

小节总结

通过本小节的学习，我们掌握了开发自定义Nginx Stream模块的核心技术点，包括Stream模块开发基础和TCP/UDP代理功能扩展。我们还通过实操步骤，开发了一个简单的支持TCP代理的Stream模块，并解决了TCP/UDP代理过程中的连接和转发问题。

掌握了Nginx Stream模块开发的内容后，下一节我们将深入学习Nginx模块开发的高级技巧，进一步完善对本章Nginx模块开发与扩展主题的认知。