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基本介绍

Nginx是一款轻量级的 Web服务器 / 反向代理服务器 / 电子邮件(IMAP/POP3)代理服务器,主要的优点是:

  1. 支持高并发连接,尤其是静态界面,官方测试Nginx能够支撑5万并发连接
  2. 内存占用极低
  3. 配置简单,使用灵活,可以基于自身需要增强其功能,同时支持自定义模块的开发

使用灵活:可以根据需要,配置不同的负载均衡模式,URL地址重写等功能

  1. 稳定性高,在进行反向代理时,宕机的概率很低
  2. 支持热部署,应用启动重载非常迅速

基础使用

安装

文件下载地址:http://nginx.org/en/docs/windows.html

基本命令

# 启动# 建议使用第一种,第二种会使窗口一直处于执行中,不能进行其他命令操作C:servernginx-1.19.2> start nginxC:servernginx-1.19.2> nginx.exe# 停止# stop是快速停止nginx,可能并不保存相关信息;quit是完整有序的停止nginx,并保存相关信息C:servernginx-1.19.2> nginx.exe -s stopC:servernginx-1.19.2> nginx.exe -s quit# 重载Nginx# 当配置信息修改,需要重新载入这些配置时使用此命令C:servernginx-1.19.2> nginx.exe -s reload# 重新打开日志文件C:servernginx-1.19.2> nginx.exe -s reopen# 查看Nginx版本C:servernginx-1.19.2> nginx -v# 查看配置文件是否正确C:servernginx-1.19.2> nginx -t

简单Demo

  1. 利用SwitchHost软件编辑域名和IP的映射关系,或到目录C:WindowsSystem32driversetc下,编辑hosts文件,增加配置如下(Mac 同理)
   127.0.0.1  kerwin.demo.com

PS:推荐使用软件SwitchHost,工作时几乎是必用的

  1. 修改配置,如图所示:
「查缺补漏」巩固你的Nginx知识体系

效果如图所示:

「查缺补漏」巩固你的Nginx知识体系

Nginx在架构体系中的作用

  • 网关 (面向客户的总入口)
  • 虚拟主机(为不同域名 / ip / 端口提供服务。如:VPS虚拟服务器)
  • 路由(正向代理 / 反向代理)
  • 静态服务器
  • 负载集群(提供负载均衡)

网关

网关:可以简单的理解为用户请求和服务器响应的关口,即面向用户的总入口

网关可以拦截客户端所有请求,对该请求进行权限控制、负载均衡、日志管理、接口调用监控等,因此无论使用什么架构体系,都可以使用Nginx作为最外层的网关

虚拟主机

虚拟主机的定义:虚拟主机是一种特殊的软硬件技术,它可以将网络上的每一台计算机分成多个虚拟主机,每个虚拟主机可以独立对外提供 www 服务,这样就可以实现一台主机对外提供多个 web 服务,每个虚拟主机之间是独立的,互不影响的。

通过 Nginx 可以实现虚拟主机的配置,Nginx 支持三种类型的虚拟主机配置

  • 基于 IP 的虚拟主机
  • 基于域名的虚拟主机
  • 基于端口的虚拟主机

表现形式其实大家多见过,即:

# 每个 server 就是一个虚拟主机http {    # ...    server{        # ...    }        # ...    server{        # ...    }}

路由

Nginx的配置文件中,我们经常可以看到这样的配置:

location / {	#....}

location在此处就起到了路由的作用,比如我们在同一个虚拟主机内定义两个不同的路由,如下:

location / {	proxy_pass https://www.baidu.com/;}		location /api {	proxy_pass https://apinew.juejin.im/user_api/v1/user/get?aid=2608&user_id=1275089220013336?_self=1; }

效果如下:

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因为路由的存在,为我们后续解决跨域问题提供了一定的思路,同时配置内容和API接口等更加方便

PS:路由的功能非常强大,支持正则匹配

正向与反向代理

此处额外解释一下proxy_pass的含义

Nginx中配置proxy_pass代理转发时,如果在proxy_pass后面的url加 /,表示绝对根路径;

如果没有/,表示相对路径

正向代理

  1. 代理客户;
  2. 隐藏真实的客户,为客户端收发请求,使真实客户端对服务器不可见;
  3. 一个局域网内的所有用户可能被一台服务器做了正向代理,由该台服务器负责 HTTP 请求;
  4. 意味着同服务器做通信的是正向代理服务器;

反向代理

  1. 代理服务器;
  2. 隐藏了真实的服务器,为服务器收发请求,使真实服务器对客户端不可见;
  3. 负载均衡服务器,将用户的请求分发到空闲的服务器上;
  4. 意味着用户和负载均衡服务器直接通信,即用户解析服务器域名时得到的是负载均衡服务器的 IP ;

共同点

  1. 都是做为服务器和客户端的中间层
  2. 都可以加强内网的安全性,阻止 web 攻击
  3. 都可以做缓存机制,提高访问速度

区别

  1. 正向代理其实是客户端的代理,反向代理则是服务器的代理。
  2. 正向代理中,服务器并不知道真正的客户端到底是谁;而在反向代理中,客户端也不知道真正的服务器是谁。
  3. 作用不同。正向代理主要是用来解决访问限制问题;而反向代理则是提供负载均衡、安全防护等作用。

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静态服务器

静态服务器是Nginx的强项,使用非常容易,在默认配置下本身就是指向了静态的HTML界面,如:

location / {	root   html;	index  index.html index.htm;}

所以前端同学们,如果构建好了界面,可以进行相应的配置,把界面指向目标文件夹中即可,root指的是html文件夹

负载均衡

负载均衡功能是Nginx另一大杀手锏,一共有5种方式,着重介绍一下。

轮询

每个请求按时间顺序逐一分配到不同的后端服务器,如果后端服务器down掉,能自动剔除,配置如下:

upstream tomcatserver {	server 192.168.0.1;	server 192.168.0.2;}

轮询策略是默认的负载均衡策略

指定权重

即在轮询的基础之上,增加权重的概念,weight和访问比率成正比,用于后端服务器性能不均的情况,配置如下:

upstream tomcatserver {	server 192.168.0.1 weight=1;	server 192.168.0.2 weight=10;}

IP Hash

每个请求按访问ip的hash结果分配,这样每个访客固定访问一个后端服务器,可以解决session的问题,配置如下:

upstream tomcatserver {	ip_hash;	server 192.168.0.14:88;	server 192.168.0.15:80;}

fair

第三方提供的负载均衡策略,按后端服务器的响应时间来分配请求,响应时间短的优先分配,生产环境中有各种情况可能导致响应时间波动,需要慎用

upstream tomcatserver {	server server1;	server server2;	fair;}

url_hash

第三方提供的负载均衡策略,按访问url的hash结果来分配请求,使每个url定向到同一个后端服务器

upstream tomcatserver {	server squid1:3128;	server squid2:3128;	hash $request_uri;	hash_method crc32;}

Nginx的模块化设计

先来看看Nginx模块架构图:

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这5个模块由上到下重要性一次递减。

(1)核心模块;

核心模块是Nginx服务器正常运行必不可少的模块,如同操作系统的内核。它提供了Nginx最基本的核心服务。像进程管理、权限控制、错误日志记录等;

(2)标准HTTP模块;

标准HTTP模块支持标准的HTTP的功能,如:端口配置,网页编码设置,HTTP响应头设置等;

(3)可选HTTP模块;

可选HTTP模块主要用于扩展标准的HTTP功能,让Nginx能处理一些特殊的服务,如:解析GeoIP请求,SSL支持等;

(4)邮件服务模块;

邮件服务模块主要用于支持Nginx的邮件服务;

(5)第三方模块;

第三方模块是为了扩展Nginx服务器应用,完成开发者想要的功能,如:Lua支持,JSON支持等;

模块化设计使得Nginx方便开发和扩展,功能很强大

Nginx的请求处理流程

基于上文中的Nginx模块化结构,我们很容易想到,在请求的处理阶段也会经历诸多的过程,Nginx将各功能模块组织成一条链,当有请求到达的时候,请求依次经过这条链上的部分或者全部模块,进行处理,每个模块实现特定的功能。

一个 HTTP Request 的处理过程:

  • 初始化 HTTP Request
  • 处理请求头、处理请求体
  • 如果有的话,调用与此请求(URL 或者 Location)关联的 handler
  • 依次调用各 phase handler 进行处理
  • 输出内容依次经过 filter 模块处理
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Nginx的多进程模型

Nginx 在启动后,会有一个 master进程和多个 worker进程。

master进程主要用来管理worker进程,包括接收来自外界的信号,向各 worker 进程发送信号,监控 worker 进程的运行状态以及启动 worker 进程。

worker进程是用来处理来自客户端的请求事件。多个 worker 进程之间是对等的,它们同等竞争来自客户端的请求,各进程互相独立,一个请求只能在一个 worker 进程中处理。worker 进程的个数是可以设置的,一般会设置与机器 CPU 核数一致,这里面的原因与事件处理模型有关

Nginx 的进程模型,可由下图来表示:

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这种设计带来以下优点:

1) 利用多核系统的并发处理能力

现代操作系统已经支持多核 CPU 架构,这使得多个进程可以分别占用不同的 CPU 核心来工作。Nginx 中所有的 worker 工作进程都是完全平等的。这提高了网络性能、降低了请求的时延。

2) 负载均衡

多个 worker 工作进程通过进程间通信来实现负载均衡,即一个请求到来时更容易被分配到负载较轻的 worker 工作进程中处理。这也在一定程度上提高了网络性能、降低了请求的时延。

3) 管理进程会负责监控工作进程的状态,并负责管理其行为

管理进程不会占用多少系统资源,它只是用来启动、停止、监控或使用其他行为来控制工作进程。首先,这提高了系统的可靠性,当 worker 进程出现问题时,管理进程可以启动新的工作进程来避免系统性能的下降。其次,管理进程支持 Nginx 服务运行中的程序升级、配置项修改等操作,这种设计使得动态可扩展性、动态定制性较容易实现。

Nginx如何解决惊群现象

什么是惊群现象?

惊群效应(thundering herd)是指多进程(多线程)在同时阻塞等待同一个事件的时候(休眠状态),如果等待的这个事件发生,那么他就会唤醒等待的所有进程(或者线程),但是最终却只能有一个进程(线程)获得这个时间的“控制权”,对该事件进行处理,而其他进程(线程)获取“控制权”失败,只能重新进入休眠状态,这种现象和性能浪费就叫做惊群效应。

上文中介绍了Nginx的多进程模型,而典型的多进程模型正如文中所说,多个worker进程之间是对等的,因此当一个请求到来的时候,所有进程会同时开始竞争,最终执行的又只有一个,这样势必会造成资源的浪费。

Nginx解决该问题的思路是:不让多个进程在同一时间监听接受连接的socket,而是让每个进程轮流监听,这样当有连接过来的时候,就只有一个进程在监听那肯定就没有惊群的问题。

具体做法是:利用一把进程间锁,每个进程中都尝试获得这把锁,如果获取成功将监听socket加入wait集合中,并设置超时等待连接到来,没有获得锁的进程则将监听socket从wait集合去除。

事件驱动模型和异步非阻塞IO

承接上文,我们知道了Nginx的多进程模型后了解到,其工作进程实际上只有几个,但为什么依然能获得如此高的并发性能,当然与其采用的事件驱动模型和异步非阻塞IO的方式来处理请求有关。

Nginx服务器响应和处理Web请求的过程,是基于事件驱动模型的,它包含事件收集器、事件发送器和事件处理器等三部分基本单元,着重关注事件处理器,而一般情况下事件处理器有这么几种办法:

  • 事件发送器每传递过来一个请求,目标对象就创建一个新的进程
  • 事件发送器每传递过来一个请求,目标对象就创建一个新的线程,来进行处理
  • 事件发送器每传递过来一个请求,目标对象就将其放入一个待处理事件的列表,使用非阻塞I/O方式调用

第三种方式,在编写程序代码时,逻辑比前面两种都复杂。大多数网络服务器采用了第三种方式,逐渐形成了所谓的事件驱动处理库

事件驱动处理库又被称为多路IO复用方法,最常见的包括以下三种:select模型,poll模型和epoll模型。

其中Nginx就默认使用的是epoll模型,同时也支持其他事件模型。

epoll的帮助就在于其提供了一种机制,可以让进程同时处理多个并发请求,不用关心IO调用的具体状态。IO调用完全由事件驱动模型来管理,这样一来,当某个工作进程接收到客户端的请求以后,调用IO进行处理,如果不能立即得到结果,就去处理其他的请求;而工作进程在此期间也无需等待响应,可以去处理其他事情;当IO返回时,epoll就会通知此工作进程;该进程得到通知后,会来继续处理未完的请求

Nginx配置的最佳实践

在生产环境或者开发环境中Nginx一般会代理多个虚拟主机,如果把所有的配置文件写在默认的nginx.conf中,看起来会非常臃肿,因此建议将每一个虚拟文件单独放置一个文件夹,Nginx支持这样的配置,如下:

http {	# 省略中间配置	# 引用该目录下以 .conf 文件结尾的配置    include /etc/nginx/conf.d/*.conf;}

具体文件配置如:

# Demoupstream web_pro_testin {	server 10.42.46.70:6003 max_fails=3 fail_timeout=20s;	ip_hash;} server {	listen 80;	server_name web.pro.testin.cn;	location / {		proxy_pass http://web_pro_testin;		proxy_redirect off;		proxy_set_header Host $host;		proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;    }     location ~ ^/(WEB-INF)/ {		deny all;    }}

Nginx全量配置参数说明

# 运行用户user www-data;    # 启动进程,通常设置成和cpu的数量相等worker_processes  6;# 全局错误日志定义类型,[debug | info | notice | warn | error | crit]error_log  logs/error.log;error_log  logs/error.log  notice;error_log  logs/error.log  info;# 进程pid文件pid        /var/run/nginx.pid;# 工作模式及连接数上限events {    # 仅用于linux2.6以上内核,可以大大提高nginx的性能    use   epoll;         # 单个后台worker process进程的最大并发链接数    worker_connections  1024;             # 客户端请求头部的缓冲区大小    client_header_buffer_size 4k;        # keepalive 超时时间    keepalive_timeout 60;              # 告诉nginx收到一个新连接通知后接受尽可能多的连接    # multi_accept on;            }#设定http服务器,利用它的反向代理功能提供负载均衡支持http {    # 文件扩展名与文件类型映射表义    include       /etc/nginx/mime.types;        # 默认文件类型    default_type  application/octet-stream;        # 默认编码    charset utf-8;        # 服务器名字的hash表大小    server_names_hash_bucket_size 128;        # 客户端请求头部的缓冲区大小    client_header_buffer_size 32k;        # 客户请求头缓冲大小	large_client_header_buffers 4 64k;		# 设定通过nginx上传文件的大小    client_max_body_size 8m;        # 开启目录列表访问,合适下载服务器,默认关闭。    autoindex on;    # sendfile 指令指定 nginx 是否调用 sendfile 函数(zero copy 方式)来输出文件,对于普通应用,    # 必须设为 on,如果用来进行下载等应用磁盘IO重负载应用,可设置为 off,以平衡磁盘与网络I/O处理速度    sendfile        on;        # 此选项允许或禁止使用socke的TCP_CORK的选项,此选项仅在使用sendfile的时候使用    #tcp_nopush     on;    # 连接超时时间(单秒为秒)    keepalive_timeout  65;            # gzip模块设置    gzip on;               #开启gzip压缩输出    gzip_min_length 1k;    #最小压缩文件大小    gzip_buffers 4 16k;    #压缩缓冲区    gzip_http_version 1.0; #压缩版本(默认1.1,前端如果是squid2.5请使用1.0)    gzip_comp_level 2;     #压缩等级    gzip_types text/plain application/x-javascript text/css application/xml;    gzip_vary on;    # 开启限制IP连接数的时候需要使用    #limit_zone crawler $binary_remote_addr 10m;   	# 指定虚拟主机的配置文件,方便管理    include /etc/nginx/conf.d/*.conf;    # 负载均衡配置    upstream mysvr {        # 请见上文中的五种配置    }   # 虚拟主机的配置    server {                # 监听端口        listen 80;        # 域名可以有多个,用空格隔开        server_name www.jd.com jd.com;                # 默认入口文件名称        index index.html index.htm index.php;        root /data/www/jd;        # 图片缓存时间设置        location ~ .*.(gif|jpg|jpeg|png|bmp|swf)${            expires 10d;        }                 #JS和CSS缓存时间设置        location ~ .*.(js|css)?${            expires 1h;        }                 # 日志格式设定        #$remote_addr与$http_x_forwarded_for用以记录客户端的ip地址;        #$remote_user:用来记录客户端用户名称;        #$time_local: 用来记录访问时间与时区;        #$request: 用来记录请求的url与http协议;        #$status: 用来记录请求状态;成功是200,        #$body_bytes_sent :记录发送给客户端文件主体内容大小;        #$http_referer:用来记录从那个页面链接访问过来的;        log_format access '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '        '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '        '"$http_user_agent" $http_x_forwarded_for';                 # 定义本虚拟主机的访问日志        access_log  /usr/local/nginx/logs/host.access.log  main;        access_log  /usr/local/nginx/logs/host.access.404.log  log404;                 # 对具体路由进行反向代理        location /connect-controller {             proxy_pass http://127.0.0.1:88;            proxy_redirect off;            proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;                         # 后端的Web服务器可以通过X-Forwarded-For获取用户真实IP            proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;            proxy_set_header Host $host;            # 允许客户端请求的最大单文件字节数            client_max_body_size 10m;            # 缓冲区代理缓冲用户端请求的最大字节数,            client_body_buffer_size 128k;            # 表示使nginx阻止HTTP应答代码为400或者更高的应答。            proxy_intercept_errors on;            # nginx跟后端服务器连接超时时间(代理连接超时)            proxy_connect_timeout 90;            # 后端服务器数据回传时间_就是在规定时间之内后端服务器必须传完所有的数据            proxy_send_timeout 90;            # 连接成功后,后端服务器响应的超时时间            proxy_read_timeout 90;            # 设置代理服务器(nginx)保存用户头信息的缓冲区大小            proxy_buffer_size 4k;            # 设置用于读取应答的缓冲区数目和大小,默认情况也为分页大小,根据操作系统的不同可能是4k或者8k            proxy_buffers 4 32k;            # 高负荷下缓冲大小(proxy_buffers*2)            proxy_busy_buffers_size 64k;            # 设置在写入proxy_temp_path时数据的大小,预防一个工作进程在传递文件时阻塞太长            # 设定缓存文件夹大小,大于这个值,将从upstream服务器传            proxy_temp_file_write_size 64k;        }                # 动静分离反向代理配置(多路由指向不同的服务端或界面)        location ~ .(jsp|jspx|do)?$ {            proxy_set_header Host $host;            proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;            proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;            proxy_pass http://127.0.0.1:8080;        }    }}

Nginx还能做什么

解决CORS跨域问题

思路有两个:

  • 基于多路由,把跨域的两个请求发到各自的服务器,然后统一访问入口即可避免该问题
  • 利用Nginx配置Headerd的功能,为其附上相应的请求头

适配 PC 或移动设备

根据用户设备不同返回不同样式的站点,以前经常使用的是纯前端的自适应布局,但无论是复杂性和易用性上面还是不如分开编写的好,比如我们常见的淘宝、京东……这些大型网站就都没有采用自适应,而是用分开制作的方式,根据用户请求的 user-agent 来判断是返回 PC 还是 H5 站点

请求限流

Nginx按请求速率限速模块使用的是漏桶算法,即能够强行保证请求的实时处理速度不会超过设置的阈值,如:

http {    limit_req_zone $binary_remote_addr zone=one:10m rate=1r/s;    server {        location /search/ {            limit_req zone=one burst=5 nodelay;        }    }}

其他技巧

如:图片防盗链,请求过滤,泛域名转发,配置HTTPS等等

常见问题

Q1:Nginx一般用作什么?

见上文中Nginx在架构体系中的作用,配合Nginx还能做什么作答即可

Q2:为什么要用Nginx?

理解网关的必要性,以及Nginx保证高可用,负载均衡的能力

Q3:为什么Nginx这么快?

如果一个server采用一个进程负责一个request的方式,那么进程数就是并发数。那么显而易见的,就是会有很多进程在等待中。等什么?最多的应该是等待网络传输。

而nginx 的异步非阻塞工作方式正是利用了这点等待的时间。在需要等待的时候,这些进程就空闲出来待命了。因此表现为少数几个进程就解决了大量的并发问题。

nginx是如何利用的呢,简单来说:同样的4个进程,如果采用一个进程负责一个request的方式,那么,同时进来4个request之后,每个进程就负责其中一个,直至会话关闭。期间,如果有第5个request进来了。就无法及时反应了,因为4个进程都没干完活呢,因此,一般有个调度进程,每当新进来了一个request,就新开个进程来处理。

nginx不这样,每进来一个request,会有一个worker进程去处理。但不是全程的处理,处理到什么程度呢?处理到可能发生阻塞的地方,比如向上游(后端)服务器转发request,并等待请求返回。那么,这个处理的worker不会这么傻等着,他会在发送完请求后,注册一个事件:“如果upstream返回了,告诉我一声,我再接着干”。于是他就休息去了。此时,如果再有request 进来,他就可以很快再按这种方式处理。而一旦上游服务器返回了,就会触发这个事件,worker才会来接手,这个request才会接着往下走。

由于web server的工作性质决定了每个request的大部份生命都是在网络传输中,实际上花费在server机器上的时间片不多。这是几个进程就解决高并发的秘密所在。

总结:事件模型,异步非阻塞,多进程模型加上细节优化的共同作用

Q4:什么是正向代理和反向代理

见上文

Q5:Nginx负载均衡的算法有哪些?

见上文

Q6:Nginx如何解决的惊群现象?

见上文

Q7:Nginx为什么不用多线程模型?

深入理解多进程模型加上异步非阻塞IO的好处以及多线程模型中上下文切换的劣势

Q8:Nginx压缩功能有什么坏处吗?

非常耗费服务器的CPU

Q9:Nginx有几种进程模型?

实际上有两种,多进程和单进程,但是实际工作中都是多进程的

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