1. Nginx是什么

Nginx 是一個高性能的網頁服務器，能夠反向代理HTTP、HTTPS、SMTP、POP3、IMAP，也可以作為一個負載均衡器和 HTTP 緩存。是一個免費、開源、高性能的 HTTP 服務器。Nginx 以其高性能、穩定性、豐富的特性、以及簡單配置和低資源消耗而著稱。Nginx 是由 Igor Sysoev 開發設計來供俄羅斯的大型門戶網站和搜索引擎Rambler的使用。此軟件在BSD-like協議下發行，可以在 UNIX、GNU/Linux、BSD、Mac OS X、Solaris和Microsoft Windows等操作系統中運行。

2. Nginx的優勢

與傳統的服務器不同，Nginx 不依賴線程來處理請求。相反，它使用了一個更具可擴展性的事件驅動（異步）體系結構。這種體系結構使用較小的內存量，但更重要的是，內存的使用量在有負載的時候更加可預測。即使你不希望同時處理數千個請求，但仍然可以從 Nginx 的高性能和小內存占用中受益。Nginx所有方向都可以擴展：從最小的VPS（Virtual Private Servers到大型的服務器集群。

1. Nginx的模塊

 Nginx 的配置文件的結構抽象成如下示意圖

Nginx 的架構是以高度模塊化為設計基礎，除了非常少量的核心代碼，其它的一切皆是模塊。高度抽象的模塊接口，結構的設計簡單，使得 Nginx 十分的靈活與高效，默認情況下只會加載默認、必須的模塊，其它的一些功能實現需要加載一些第三方的模塊。而配置文件中的各個指令配置項其實便是對模塊的一個功能配置。Nginx 在運行時至少需要加載幾個核心的模塊和一個事件類模塊，這些模塊運行時所支持的配置項稱為基礎配置，這樣的配置項很多，一般將其分為四大類：

• 調試配置項

• 必備配置項

• 優化配置項

• 事件類配置項

在 Nginx 中有一個非常重要的核心模塊就是 ngx_http_core_module 模塊，它實現了靜態 Web 服務器的主要功能，而其相關的配置項都放在 http{} 配置塊中。

一個典型、完整的靜態 Web 服務器還會包含多個 server 配置塊和 location 配置塊。

server 配置塊類似于 Apache 中的 VirtualHost 配置塊，用于配置虛擬主機。其中 location 用于匹配請求的 URI（URI 表示的是訪問路徑，除域名以外的內容），匹配的方式有多種：

• 精準匹配

• 忽略大小寫的正則匹配

• 大小寫敏感的正則匹配

• 前半部分匹配

其語法如下：

其中各個符號的含義：

=：用于精準匹配，需要請求的 uri 與 pattern 表達式完全匹配的時候才會執行 location 中的操作。

~：用于區分大小寫的正則匹配。

~*：用于不區分大小寫的正則匹配。

^~：用于匹配 URI 的前半部分。

2. Nginx實現負載均衡

負載均衡是優化資源的利用率、最大化吞吐量、減少延遲以及確保容錯配置的常用技術。通過配置 Nginx 實現負載均衡，提高了 Web 應用程序的可伸縮性和可靠性。負載均衡的實現主要依賴于反向代理與upstream相關模塊。

upstream 模塊（模塊名：ngx_http_upstream_module）是 Nginx 負載均衡的主要模塊，它提供了實現后臺服務器負載均衡的方法，還提供對后端服務器健康檢查的功能。

Nginx 模塊一般分為三類：handler、filter、upstream。upstream 模塊本質上屬于 handler 模塊，但是它不會產生自己的內容，而是通過請求其它后端服務器得到需要的內容。

Upstream 模塊，使 Nginx 跨越單機的限制，完成網絡數據的接收、處理和轉發。

數據轉發功能，為 Nginx 提供了跨越單機的橫向處理能力，使 Nginx 擺脫只能為終端節點提供單一功能的限制，而使它具備了網路應用級別的拆分、封裝和整合的戰略功能。

Nginx 有著很強大的高并發、高負載的能力。當客戶端發出靜態文件請求（例如前端頁面）時，Nginx 會作為一個靜態 web 服務器直接向客戶端提供靜態文件服務。當客戶端發出不適合 Nginx 提供服務的動態請求時，Nginx 會作為一個反向代理服務器，將請求轉發到上游服務器中處理，處理后返回的動態應答再由 Nginx 轉發給客戶端。

proxy_pass 便是 HTTP proxy module 中重要配置項，通過該配置項我們可以配置將請求轉發給哪一臺服務節點、或者哪一個服務群。當設置轉發給某一個節點時，其格式為 proxy_pass http://ip或者域名:端口, 當需要轉發給某一個服務器群時，需要結合 upstream 使用。

在默認的負載均衡上，nginx 還支持一些調度算法來配置:

1）最少連接負載均衡：下一個請求被分配給連接數最少的服務器。

2）加權負載均衡：通過使用權重，來實現負載均衡。

3） ip-hash 負載均衡：將客戶端的 IP 地址用作哈希鍵，以決定服務器組中應該為客戶端請求選擇什么服務器。此方法可確保來自同一客戶端的請求將始終定向到同一服務器，除非此服務器不可用。

3. 反向代理

反向代理（Reverse Proxy）是指：代理服務器接受來自客戶端的請求，然后將請求轉發到內部網絡上的服務器，并將服務器的響應返回給客戶端。與之對應的是正向代理，具體的內容將在后面的實驗中詳細介紹。

反向代理服務器在網絡拓撲中所處的位置（如上圖所示）正好是負載均衡設備所在的位置，因此我們常常使用反向代理服務器作為負載均衡設備。反向代理服務器根據當前后端服務器的負載情況，將請求轉發給一臺合適的服務器，并將處理結果返回給用戶，這就是反向代理負載均衡。

其它常見的 Web 負載均衡方式包括：DNS 輪詢、IP 負載均衡、HTTP 重定向負載均衡等。

4. 正向代理

正向代理服務器是一個位于客戶端和目標服務器之間的服務器，即下圖中的服務器 Proxy ，它通常和客戶端在同一局域網（也有可能不是）。客戶端為了從目標服務器 Server 取得它想要的內容，它首先向代理服務器發送一個請求并指定目標（即要訪問的目標服務器），然后代理服務器 Proxy 向目標服務器 Server 轉交請求并將獲得的內容返回給客戶端。

正向代理的用途：

隱藏客戶端的信息：客戶端通過代理服務器訪問目標服務器，因此目標服務器只知道請求來自哪個代理服務器，而不清楚來自哪個具體的客戶端，隱藏了真實的客戶端信息。

訪問限制：代理服務器可以對客戶端進行控制管理，提高安全性。

緩存優化、提高訪問速度：通常代理服務器都設置一個較大的硬盤緩沖區，會將部分請求的響應保存到緩沖區中，當其他用戶再訪問相同的信息時，則直接由緩沖區中取出信息，傳給用戶，以提高訪問速度。

正向代理服務器與反向代理服務器兩者的相同點是：所處的位置都是客戶端和服務器之間，都是將客戶端的請求轉發給服務器，再把服務器的響應轉發給客戶端。兩者不同的是：

• 反向代理是服務器的代理，有負載均衡、安全防護等功能；正向代理是客戶端的代理，幫助客戶端訪問其無法訪問的服務器資源，解決訪問限制問題。

• 正向代理中，服務器不知道真正的客戶端到底是誰，以為訪問自己的就是真實的客戶端。而在反向代理中，客戶端不知道真正的服務器是誰，以為自己訪問的就是真實的服務器。

1）請求頭處理

proxy_set_header 用于修改或設置請求頭中某個字段 field 的值 value，重定義發往后端服務器的請求頭。

proxy_set_header field value;

常用的有以下兩種：

• proxy_set_header Host $http_host;：
  在 Nginx 代理向后端服務器（即我們訪問的 Web 服務器）發送的 http 請求頭中加入 Host 字段信息，用于后端服務器識別是哪個主機訪問。

• proxy_set_header X-Forwarded-For $remote_addr;：
  在 Nginx 代理向后端服務器發送 http 請求頭加入 X-Forwarded-For 字段信息，用于后端服務器中的服務程序記錄真實的客戶端 IP，而不是代理服務器的 IP。

配置請求頭：

2）連接時間優化

設置超時時間是為了保證一個請求占用固定的時間，超出之后返回給客戶端一個狀態碼：504 Gateway Time-out（充當網關或代理的服務器，未及時從遠端服務器獲取請求），可以防止出現一個請求占用過長時間的現象。這里介紹四個關于超時時間設置的指令，分為兩大類：

• 設置解析超時時間：

  resolver_timeout 指令。

  解析超時時間使用指令 resolver_timeout 來設置。這個時間是指 Nginx 連接 DNS 解析服務器的時間，如果在指定時間內沒有連接上 DNS 解析服務器，則判定為連接超時。

• 代理連接超時時間：

  proxy_connect_timeout 指令。

  proxy_connect_timeout 指令用于設置正向代理服務器與 Web 服務器連接的超時時間（即發起 TCP 握手等候的超時時間）。如果在指定時間內沒有與 Web 服務器建立 TCP 連接，則判定為超時。

  proxy_send_timeout 指令。

  proxy_send_timeout 指令用于設置 Nginx 代理服務器向 Web 服務器傳輸請求的超時時間。這個時間是指相鄰兩次寫操作之間的最長時間間隔，而不是整個請求傳輸完成的最長時間。如果 Nginx 代理服務器在超時時間段內沒有發送任何數據，TCP 連接將被關閉。

  proxy_read_timeout 指令。

  proxy_read_timeout 指令用于設置 Nginx 代理服務器從 Web 服務器獲取響應信息的超時時間。連接建立成功后，Nginx 等待 Web 服務器的響應，如果在指定的時間內 Web 服務器沒有發送數據，那么 Nginx 會斷開 TCP 連接。

  比如設置解析超時時間為 5 分鐘，配置中應該這么寫：resolver_timeout 5m;

3）緩沖優化

Nginx 正向代理服務器是客戶端和后端服務器溝通的橋梁，后端服務器的響應必然會返回給 Nginx 正向代理服務器，然后 Nginx 代理服務器再將響應傳遞給客戶端。因為客戶端的連接速度往往是不同的，甚至可能速度差距十分大。如果客戶端是緩慢的，在有緩沖的情況下，Nginx 代理會將后端服務的響應臨時存儲到緩沖區，然后按客戶端的連接速度發送給客戶端。如果客戶端連接速度很快，緩沖可以關閉，使數據盡快到達客戶端。在本實驗中，我們配置有緩沖的 Nginx 代理服務器。Nginx 代理服務器將響應臨時存儲到緩沖區中，但是臨時緩沖區是會預設空間大小的，如果超出設定的大小時，緩沖就會寫入到磁盤中。緩沖優化主要是要合理設置緩沖區大小，盡量避免緩沖到硬盤時的情況。

緩沖相關指令：

proxy_buffering on | off

proxy_buffering 的作用是配置是否啟用 Proxy Buffer。

proxy_buffer_size

proxy_buffer_size 指令配置從被代理服務器獲取的第一份響應數據的大小。這個響應數據中一般包含了 http 響應頭，Nginx 通過它來獲取響應數據和被代理數據的一些必要信息。

proxy_buffers

proxy_buffers 指令用于配置接受一次響應的 buffer 個數和每個 buffer 的大小。緩沖區總的大小為 number*size。若某些請求的響應過大，則超過 buffer 的部分將被緩沖到硬盤（緩沖目錄由 proxy_temp_path 指令指定，但一般都選擇關閉磁盤緩沖），如果數據緩沖到硬盤會使響應的速度減慢，影響用戶體驗。

proxy_busy_buffers_size

Nginx 會在沒有完全讀完后端響應的時候就開始向客戶端傳送數據，所以它會劃出一部分緩沖區來專門向客戶端傳送數據（這部分的大小是由 proxy_busy_buffers_size 來控制的），然后它繼續從后端取數據，緩沖區滿了之后就寫到磁盤的臨時文件中。proxy_busy_buffers_size 指令用于配置處于 busy 狀態的 Proxy Buffer 的總大小，一般設置為 proxy_buffers 中單個緩沖區大小的 2 倍。

proxy_max_temp_file_size

proxy_max_temp_file_size 用于配置所有臨時文件的總體積大小。（臨時文件是指緩沖區滿了之后存放到硬盤的文件）

END

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