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精通Nginx（一）

singerye / 3705人閱讀

摘要：是由為俄羅斯訪問量第二的站點開發的，第一個公開版本發布于年月日。盡管在這個虛擬的環境下，防火墻和反向代理的共同作用保護了原始資源服務器，但用戶并不知情。穩定性高用于反向代理，宕機的概率微乎其微。

博文參考 
http://www.cnblogs.com/wylhome/p/6057198.html
http://tengine.taobao.org/book/chapter_02.html
http://blog.csdn.net/justin_yaphet/article/details/47910439
Nginx：

Nginx (engine x) 是一個高性能的HTTP和反向代理服務器，也是一個IMAP/POP3/SMTP服務器。Nginx是由Igor Sysoev為俄羅斯訪問量第二的Rambler.ru站點開發的，第一個公開版本0.1.0發布于2004年10月4日。其將源代碼以類BSD許可證的形式發布，因它的穩定性、豐富的功能集、示例配置文件和低系統資源的消耗而聞名。

Nginx是一款輕量級的Web 服務器/反向代理服務器及電子郵件（IMAP/POP3）代理服務器，并在一個BSD-like協議下發行。由俄羅斯的程序設計師Igor Sysoev所開發，供俄國大型的入口網站及搜索引擎Rambler使用。其特點是占有內存少，并發能力強，事實上nginx的并發能力確實在同類型的網頁服務器中表現較好，中國大陸使用nginx網站用戶有：百度、京東、新浪、網易、騰訊、淘寶等。

Nginx可以在大多數 UnixLinux OS上編譯運行，并有Windows移植版。 Nginx 的1.4.0穩定版已經于2013年4月24日發布，2016年10月18日，Nginx1.10.2 穩定版本發布。一般情況下，對于新建站點，建議使用最新穩定版作為生產版本，已有站點的升級急迫性不高。Nginx 的源代碼使用2-clause BSD-like license。

代理服務器：

一般是指局域網內部的機器通過代理服務器發送請求到互聯網上的服務器,代理服務器一般作用在客戶端。


一個完整的代理請求過程為：客戶端首先與代理服務器創建連接，接著根據代理服務器所使用的代理協議，請求對目標服務器創建連接、或者獲得目標服務器的指定資源。 Web代理（proxy）服務器是網絡的中間實體。 代理位于Web客戶端和Web服務器之間，扮演“中間人”的角色。HTTP的代理服務器即是Web服務器又是Web客戶端。

代理服務器是介于客戶端和Web服務器之間的另一臺服務器，有了它之后，瀏覽器不是直接到Web服務器去取回網頁而是向代理服務器發出請求，信號會先送到代理服務器，由代理服務器來取回瀏覽器所需要的信息并傳送給你的瀏覽器。

正向代理：

是一個位于客戶端和原始服務器(origin server)之間的服務器，為了從原始服務器取得內容，客戶端向代理發送一個請求并指定目標(原始服務器)，然后代理向原始服務器轉交請求并將獲得的內容返回給客戶端。客戶端必須要進行一些特別的設置才能使用正向代理。

反向代理服務器：

在服務器端接受客戶端的請求，然后把請求分發給具體的服務器進行處理，然后再將服務器的響應結果反饋給客戶端。Nginx就是其中的一種反向代理服務器軟件。

說明：客戶端必須設置正向代理服務器，當然前提是要知道正向代理服務器的IP地址，還有代理程序的端口。

反向代理正好與正向代理相反，對于客戶端而言代理服務器就像是原始服務器，并且客戶端不需要進行任何特別的設置。客戶端向反向代理的命名空間(name-space)中的內容發送普通請求，接著反向代理將判斷向何處(原始服務器)轉交請求，并將獲得的內容返回給客戶端。

用戶A始終認為它訪問的是原始服務器B而不是代理服務器Z，但實用際上反向代理服務器接受用戶A的應答，從原始資源服務器B中取得用戶A的需求資源，然后發送給用戶A。由于防火墻的作用，只允許代理服務器Z訪問原始資源服務器B。盡管在這個虛擬的環境下，防火墻和反向代理的共同作用保護了原始資源服務器B，但用戶A并不知情。

Nginx特點：

跨平臺：Nginx 可以在大多數 Unix like OS編譯運行，而且也有Windows的移植版本。

配置異常簡單：非常容易上手。配置風格跟程序開發一樣，神一般的配置

非阻塞、高并發連接：數據復制時，磁盤I/O的第一階段是非阻塞的。官方測試能夠支撐5萬并發連接，在實際生產環境中跑到2～3萬并發連接數.(這得益于Nginx使用了最新的epoll模型)

事件驅動：通信機制采用epoll模型，支持更大的并發連接。

Nginx優點：

高并發：Nginx 是一個很強大的高性能Web和反向代理服務器，它具有很多非常優越的特性。在連接高并發的情況下，Nginx是Apache服務器不錯的替代品，能夠支持高達 50,000 個并發連接數的響應。

負載均衡器：Nginx作為負載均衡服務器：Nginx 既可以在內部直接支持 Rails 和 PHP 程序對外進行服務，也可以支持作為 HTTP代理服務器對外進行服務。

代理服務器：Nginx本身就是一個反向代理服務器，可支持郵件服務器代理以及http代理

Nginx相比Apache： 
1.輕量級，同樣起web 服務，比apache 占用更少的內存及資源
2.抗并發，nginx 處理請求是異步非阻塞的，而apache 則是阻塞型的，在高并發下nginx 能保持低資源低消耗高性能
3.高度模塊化的設計，編寫模塊相對簡單
4.配置簡潔易懂，正則配置讓很多事情變得簡單
Nginx事件處理機制：

對于一個基本的web服務器來說，事件通常有三種類型，網絡事件、信號、定時器。

首先看一個請求的基本過程：建立連接—接收數據—發送數據 。

再次看系統底層的操作 ：上述過程（建立連接—接收數據—發送數據）在系統底層就是讀寫事件。

（1）如果采用阻塞調用的方式，當讀寫事件沒有準備好時，必然不能夠進行讀寫事件，那么久只好等待，等事件準備好了，才能進行讀寫事件。那么請求就會被耽擱 。阻塞調用會進入內核等待，cpu就會讓出去給別人用了，對單線程的worker來說，顯然不合適，當網絡事件越多時，大家都在等待呢，cpu空閑下來沒人用，cpu利用率自然上不去了，更別談高并發了 。

（2）既然沒有準備好阻塞調用不行，那么采用非阻塞方式。非阻塞就是，事件，馬上返回EAGAIN， 告訴你，事件還沒準備好呢，你慌什么，過會再來吧。好吧，你過一會，再來檢查一下事件，直到事件準備好了為止，在這期間，你就可以先去做其它事情，然后再 來看看事件好了沒。雖然不阻塞了，但你得不時地過來檢查一下事件的狀態，你可以做更多的事情了，但帶來的開銷也是不小的

小結：非阻塞通過不斷檢查事件的狀態來判斷是否進行讀寫操作，這樣帶來的開銷很大。

（3）因此才有了異步非阻塞的事件處理機制。具體到系統調用就是像select/poll/epoll/kqueue這樣的系統調用。他們提供了一種機制，讓你可以同時監控多個事件，調用他們是阻塞的，但可以設置超時時間，在超時時間之內，如果有事件準備好了，就返回。這種機制解決了我們上面兩個問題。

以epoll為例：當事件沒有準備好時，就放入epoll(隊列)里面。如果有事件準備好了，那么就去處理；如果事件返回的是EAGAIN，那么繼續將其放入epoll里面。從而，只要有事件準備好了，我們就去處理她，只有當所有時間都沒有準備好時，才在epoll里 面等著。這樣，我們就可以并發處理大量的并發了，當然，這里的并發請求，是指未處理完的請求，線程只有一個，所以同時能處理的請求當然只有一個了，只是在 請求間進行不斷地切換而已，切換也是因為異步事件未準備好，而主動讓出的。這里的切換是沒有任何代價，可以理解為循環處理多個準備好的事件

（4）與多線程的比較：

 與多線程相比，這種事件處理方式是有很大的優勢的，不需要創建線程，每個請求占用的內存也很少，沒有上下文切換，事件處理非常的輕量級。并發數再多也不會導致無謂的資源浪費（上下文切換）。

小結：通過異步非阻塞的事件處理機制，Nginx實現由進程循環處理多個準備好的事件，從而實現高并發和輕量級。

master/worker結構：一個master進程，生成一個或多個worker進程

內存消耗小：處理大并發的請求內存消耗非常小。在3萬并發連接下，開啟的10個Nginx 進程才消耗150M內存（15M*10=150M） 成本低廉：Nginx為開源軟件，可以免費使用。而購買F5 BIG-IP、NetScaler等硬件負載均衡交換機則需要十多萬至幾十萬人民幣

內置的健康檢查功能：如果 Nginx Proxy 后端的某臺 Web 服務器宕機了，不會影響前端訪問。

節省帶寬：支持 GZIP 壓縮，可以添加瀏覽器本地緩存的 Header 頭。

穩定性高：用于反向代理，宕機的概率微乎其微。

Nginx架構：

Nginx在啟動后，在Unix系統中會以daemon的方式在后臺運行，后臺進程包含一個master進程和多個worker進程。我們也可以手動地關掉后臺模式，讓Nginx在前臺運行，并且通過配置讓Nginx取消master進程，從而可以使Nginx以單進程方式運行。很顯然，生產環境下我們肯定不會這么做，所以關閉后臺模式，一般是用來調試用的，Nginx是以多進程的方式來工作的，當然Nginx也是支持多線程的方式的，只是我們主流的方式還是多進程的方式，也是Nginx的默認方式。Nginx采用多進程的方式有諸多好處。

Nginx在啟動后，會有一個master進程和多個worker進程。master進程主要用來管理worker進程，包含：接收來自外界的信號，向各worker進程發送信號，監控worker進程的運行狀態，當worker進程退出后(異常情況下)，會自動重新啟動新的worker進程。而基本的網絡事件，則是放在worker進程中來處理了。多個worker進程之間是對等的，他們同等競爭來自客戶端的請求，各進程互相之間是獨立的。一個請求，只可能在一個worker進程中處理，一個worker進程，不可能處理其它進程的請求。worker進程的個數是可以設置的，一般我們會設置與機器cpu核數一致，這里面的原因與Nginx的進程模型以及事件處理模型是分不開的。Nginx的進程模型，可以由下圖來表示：

master進程會接收來自外界發來的信號，再根據信號做不同的事情。所以我們要控制Nginx，只需要通過kill向master進程發送信號就行了。比如kill -HUP pid，則是告訴Nginx，從容地重啟Nginx，我們一般用這個信號來重啟Nginx，或重新加載配置，因為是從容地重啟，因此服務是不中斷的。master進程在接收到HUP信號后是怎么做的呢？首先master進程在接到信號后，會先重新加載配置文件，然后再啟動新的worker進程，并向所有老的worker進程發送信號，告訴他們可以光榮退休了。新的worker在啟動后，就開始接收新的請求，而老的worker在收到來自master的信號后，就不再接收新的請求，并且在當前進程中的所有未處理完的請求處理完成后，再退出。當然，直接給master進程發送信號，這是比較老的操作方式，Nginx在0.8版本之后，引入了一系列命令行參數，來方便我們管理。比如，./nginx -s reload，就是來重啟Nginx，./nginx -s stop，就是來停止Nginx的運行。如何做到的呢？我們還是拿reload來說，我們看到，執行命令時，我們是啟動一個新的Nginx進程，而新的Nginx進程在解析到reload參數后，就知道我們的目的是控制Nginx來重新加載配置文件了，它會向master進程發送信號，然后接下來的動作，就和我們直接向master進程發送信號一樣了。

worker進程之間是平等的，每個進程，處理請求的機會也是一樣的。當我們提供80端口的http服務時，一個連接請求過來，每個進程都有可能處理這個連接。每個worker進程都是從master進程fork過來，在master進程里面，先建立好需要listen的socket（listenfd）之后，然后再fork出多個worker進程。所有worker進程的listenfd會在新連接到來時變得可讀，為保證只有一個進程處理該連接，所有worker進程在注冊listenfd讀事件前搶accept_mutex，搶到互斥鎖的那個進程注冊listenfd讀事件，在讀事件里調用accept接受該連接。當一個worker進程在accept這個連接之后，就開始讀取請求，解析請求，處理請求，產生數據后，再返回給客戶端，最后才斷開連接，這樣一個完整的請求就是這樣的了。一個請求，完全由worker進程來處理，而且只在一個worker進程中處理。

對于每個worker進程來說，獨立的進程，不需要加鎖，所以省掉了鎖帶來的開銷，同時在編程以及問題查找時，也會方便很多。其次，采用獨立的進程，可以讓互相之間不會影響，一個進程退出后，其它進程還在工作，服務不會中斷，master進程則很快啟動新的worker進程。當然，worker進程的異常退出，肯定是程序有bug了，異常退出，會導致當前worker上的所有請求失敗，不過不會影響到所有請求，所以降低了風險。

nginx的模塊化體系結構：

nginx的內部結構是由核心部分和一系列的功能模塊所組成。這樣劃分是為了使得每個模塊的功能相對簡單，便于開發，同時也便于對系統進行功能擴展。為了便于描述，下文中我們將使用nginx core來稱呼nginx的核心功能部分。

nginx提供了web服務器的基礎功能，同時提供了web服務反向代理，email服務反向代理功能。nginx core實現了底層的通訊協議，為其他模塊和nginx進程構建了基本的運行時環境，并且構建了其他各模塊的協作基礎。除此之外，或者說大部分與協議相關的，或者應用相關的功能都是在這些模塊中所實現的。

模塊概述：

nginx將各功能模塊組織成一條鏈，當有請求到達的時候，請求依次經過這條鏈上的部分或者全部模塊，進行處理。每個模塊實現特定的功能。例如，實現對請求解壓縮的模塊，實現SSI的模塊，實現與上游服務器進行通訊的模塊，實現與FastCGI服務進行通訊的模塊。

有兩個模塊比較特殊，他們居于nginx core和各功能模塊的中間。這兩個模塊就是http模塊和mail模塊。這2個模塊在nginx core之上實現了另外一層抽象，處理與HTTP協議和email相關協議（SMTP/POP3/IMAP）有關的事件，并且確保這些事件能被以正確的順序調用其他的一些功能模塊。

目前HTTP協議是被實現在http模塊中的，但是有可能將來被剝離到一個多帶帶的模塊中，以擴展nginx支持SPDY協議。

nginx的請求處理：

nginx使用一個多進程模型來對外提供服務，其中一個master進程，多個worker進程。master進程負責管理nginx本身和其他worker進程。

所有實際上的業務處理邏輯都在worker進程。worker進程中有一個函數，執行無限循環，不斷處理收到的來自客戶端的請求，并進行處理，直到整個nginx服務被停止。

worker進程中，ngx_worker_process_cycle()函數就是這個無限循環的處理函數。在這個函數中，一個請求的簡單處理流程如下：

1.操作系統提供的機制（例如epoll, kqueue等）產生相關的事件。

2.接收和處理這些事件，如是接受到數據，則產生更高層的request對象。

3.處理request的header和body。

4.產生響應，并發送回客戶端。

5.完成request的處理。

6.重新初始化定時器及其他事件。

編譯安裝Nginx：

[root@localhost ~]# yum -y groupinstall "Development Tools" "Server Platform Development" 安裝開發包組
[root@localhost ~]# yum -y install pcre-devel openssl-devel zlib-devel #安裝依賴包
[root@localhost ~]# useradd -r nginx # 創建nginx系統用戶
[root@localhost~]#./configure--prefix=/usr/local/nginx--conf-path=/etc/nginx/nginx.conf--error-log-path=/var/log/nginx/error.log--http-log-path=/var/log/nginx/access.log--pid-path=/var/run/nginx.pid--lock-path=/var/run/nginx.lock --user=nginx --group=nginx --with-http_ssl_module --with-http_v2_module --with-http_dav_module --with-http_stub_status_module --with-threads --with-file-aio # 配置nginx
[root@localhost ~]# make #編譯
[root@localhost ~]# make install　　#安裝或設置連接官網的yum源（官網地址http://nginx.org/packages/cen...）

[root@localhost ~]#vim /etc/yum.repos.d/nginx.repo
[nginx]
name=nginx
baseurl=http://nginx.org/packages/cen...
gpgcheck=0
[root@localhost ~]#yum install nginx
[root@localhost ~]#systemctl start nginx.service

也可從本地epel直接安裝

[root@localhost ~]#yum install nginx
[root@localhost ~]#systemctl start nginx.service

修改歡迎頁面

[root@nginx1 /etc/nginx]#mkdir /data/nginx/vhost1 -pv
[root@nginx1 /etc/nginx]#vim /data/nginx/vhost1/index.html

Nginx Vhost 1


[root@nginx1 /etc/nginx]#vim conf.d/vhost1.conf
server {

    listen 80;#監聽80端口
    server_name www.ilinux.io;#主機名為www.ilinux.io
    root /data/nginx/vhost1;#路徑

}
[root@nginx1 /etc/nginx]#nginx -t
[root@nginx1 /etc/nginx]#nginx -s reload#重載配置文件
[root@nginx1 /etc/nginx]#vim /etc/hosts
172.16.254.127 www.ilinux.io

程序環境 配置文件的組成部分：

主配置文件：nginx.conf

include conf.d/*.conf

fastcgi， uwsgi，scgi等協議相關的配置文件

mime.types：支持的mime類型

主程序文件：/usr/sbin/nginx

Unit File：nginx.service

Nginx配置文件：

nginx配置文件組成：主配置文件nginx.conf，conf.d/*.conf；

fastcgi，uwsgi，scgi等協議相關的配置文件；

mime.types：支持的mime類型

main段配置：

分類：

正常運行必備的配置

優化性能相關的配置

用于調試及定位問題相關的配置

事件驅動相關的配置

正常運行必備的配置：

1、user #　指定用于運行worker進程時的用戶

    Syntax: user user [group]; 

    Default:user nobody nobody; 

    Context: main

2、pid /PATH/TO/PID_FILE; # 指定存儲nginx主進程進程號碼的文件路徑

    Syntax: pid file; 

    Default:pid nginx.pid; 

    Context:main

3、include file | mask; # 指明包含進來的其它配置文件片斷

    Syntax: include file | mask; 

    Default:— 

    Context:any

4、load_module file; # 指明要裝載的動態模塊

    Syntax: load_module file; 

    Default:— 

    Context:main
性能優化相關的配置：

1、worker_processes number | auto; # worker進程的數量；通常應該為當前主機的cpu的物理核心數

    Syntax: worker_processes number | auto; 

    Default:worker_processes 1; 

    Context:main

如果只有兩個進程

[root@localhost /etc/nginx]#nginx -t
[root@localhost /etc/nginx]#nginx -s reload

![圖片上傳中...]

[root@localhost /etc/nginx]#nginx -t
[root@localhost /etc/nginx]#nginx -s reload

2、worker_cpu_affinity cpumask …; # 定義worker進程和cpu的綁定

    worker_cpu_affinity auto [cpumask]; 

    Default:— 

    Context:main                         

    CPU MASK： 

        00000001：0號CPU 

        00000010：1號CPU 

        00000100: 2號CPU 

        … …

綁定cpu，默認次序0、1、2、3

[root@localhost /etc/nginx]#nginx -t
[root@localhost /etc/nginx]#nginx -s reload

反向綁定cpu，3、2、1、0

[root@localhost /etc/nginx]#nginx -t
[root@localhost /etc/nginx]#nginx -s reload

3、worker_priority number;　# 指定worker進程的nice值，設定worker進程優先級；[-20,20]

    Syntax: worker_priority number; 

    Default:worker_priority 0; 

    Context:main

默認優先級

[root@localhost /etc/nginx]#ps axo comm,pid,psr,ni | grep nginx
nginx 4795 2 0
nginx 43059 3 0 優先級為0
nginx 43060 2 0 優先級為0設定優先級

[root@localhost /etc/nginx]#nginx -t
[root@localhost /etc/nginx]#nginx -s reload
[root@localhost /etc/nginx]#ps axo comm,pid,psr,ni | grep nginx
nginx 4795 2 0
nginx 43361 3 -5 優先級為-5
nginx 43362 2 -5 優先級為-54、worker_rlimit_nofile number; #　worker進程所能夠打開的文件數量上限

    Syntax: worker_rlimit_nofile number; 

    Default:— 

    Context:main

[root@localhost /etc/nginx]#vim nginx.conf

調試、定位問題：

1、daemon on|off; # 是否以守護進程方式運行Nignx

    Syntax: daemon on | off; 

    Default:daemon on; 

    Context:main

2、master_process on|off; # 是否以master/worker模型運行nginx；默認為on

    Syntax: master_process on | off; 

    Default:master_process on; 

    Context:main

3、error_log file [level]; # 定義錯誤日志文件路徑與級別

    Syntax: error_log file [level]; 

    Default:error_log logs/error.log error; 

    Context:main, http, mail, stream, server, location
事件驅動相關的配置: 
events { 

    … 

}

1、worker_connections number; # 每個worker進程所能夠打開的最大并發連接數數量

    Syntax: worker_connections number; 

    Default:worker_connections 512; 

    Context:events 

    worker_processes * worker_connections得出最大并發連接數

2、use method; # 指明并發連接請求的處理方法

    Syntax: use method; 

    Default:— 

    Context:events 

        use epoll;

3、accept_mutex on | off; # 處理新的連接請求的方法；on意味著由各worker輪流處理新請求，Off意味著每個新請求的到達都會通知所有的worker進程；建議使用on

    Syntax: accept_mutex on | off; 

    Default:accept_mutex off; 

    Context:events
主配置文件結構：

main block：主配置段，也即全局配置段；

event {

…

}：事件驅動相關的配置；

http {

…

}：http/https 協議相關的配置段；

mail {

…

}

stream {

…

}

http協議的相關配置：

http {

...
...：各server的公共配置
server {
    ...
}：每個server用于定義一個虛擬主機；
server {
    ...
    listen 
    server_name
    root
    alias
    location [OPERATOR] URL {
        ...
        if CONDITION {
            ...
        }
    }
}

}

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