Nginx從原理到實戰
本文首先介紹 Nginx 的反向代理、負載均衡、動靜分離和高可用的原理，隨後詳解 Nginx 的配置檔案，帶大家從原理到實戰，徹底搞懂 Nginx!
Nginx 是開源的輕量級 Web 伺服器、反向代理伺服器，以及負載均衡器和 HTTP 快取器。其特點是高併發，高效能和低記憶體。
Nginx 專為效能優化而開發，效能是其最重要的考量，實現上非常注重效率，能經受高負載的考驗，最大能支援 50000 個併發連線數。
Nginx 還支援熱部署，它的使用特別容易，幾乎可以做到 7x24 小時不間斷執行。Nginx 的網站使用者有：百度、淘寶、京東、騰訊、新浪、網易等。
反向代理
①正向代理
Nginx 不僅可以做反向代理，實現負載均衡，還能用做正向代理來進行上網等功能。
②反向代理
客戶端對代理伺服器是無感知的，客戶端不需要做任何配置，使用者只請求反向代理伺服器，反向代理伺服器選擇目標伺服器，獲取資料後再返回給客戶端。
反向代理伺服器和目標伺服器對外而言就是一個伺服器，只是暴露的是代理伺服器地址，而隱藏了真實伺服器的 IP 地址。
負載均衡
將原先請求集中到單個伺服器上的情況改為增加伺服器的數量，然後將請求分發到各個伺服器上，將負載分發到不同的伺服器，即負載均衡。
動靜分離
為了加快網站的解析速度，可以把靜態頁面和動態頁面由不同的伺服器來解析，加快解析速度，降低原來單個伺服器的壓力。
高可用
為了提高系統的可用性和容錯能力，可以增加 Nginx 伺服器的數量，當主伺服器發生故障或宕機，備份伺服器可以立即充當主伺服器進行不間斷工作。
Nginx 配置檔案
①檔案結構
... #全域性塊
events { #events塊
...
}
http #http塊
{
... #http全域性塊
server #server塊
{
... #server全域性塊
location [PATTERN] #location塊
{
...
}
location [PATTERN]
{
...
}
}
server
{
...
}
... #http全域性塊
} Nginx 配置檔案由三部分組成：
- 全域性塊，主要設定一些影響 Nginx 伺服器整體執行的配置指令。比如：worker_processes 1;worker_processes 值越大，可以支援的併發處理量就越多。
- Events 塊，涉及的指令主要影響 Nginx 伺服器與使用者的網路連線。比如：worker_connections 1024;支援的最大連線數。
- HTTP 塊，又包括 HTTP 全域性塊和 Server 塊，是伺服器配置中最頻繁的部分，包括配置代理、快取、日誌定義等絕大多數功能。Server 塊：配置虛擬主機的相關引數。Location 塊：配置請求路由，以及各種頁面的處理情況。
②配置檔案
########### 每個指令必須有分號結束。#################
#user administrator administrators; #配置使用者或者組，預設為nobody nobody。
#worker_processes 2; #允許生成的程序數，預設為1
#pid /nginx/pid/nginx.pid; #指定nginx程序執行檔案存放地址
error_log log/error.log debug; #制定日誌路徑，級別。這個設定可以放入全域性塊，http塊，server塊，級別以此為：debug|info|notice|warn|error|crit|alert|emerg
events {
accept_mutex on; #設定網路連線序列化，防止驚群現象發生，預設為on
multi_accept on; #設定一個程序是否同時接受多個網路連線，預設為off
#use epoll; #事件驅動模型，select|poll|kqueue|epoll|resig|/dev/poll|eventport
worker_connections 1024; #最大連線數，預設為512
}
http {
include mime.types; #副檔名與檔案型別對映表
default_type application/octet-stream; #預設檔案型別，預設為text/plain
#access_log off; #取消服務日誌
log_format myFormat '$remote_addr–$remote_user [$time_local] $request $status $body_bytes_sent $http_referer $http_user_agent $http_x_forwarded_for'; #自定義格式
access_log log/access.log myFormat; #combined為日誌格式的預設值
sendfile on; #允許sendfile方式傳輸檔案，預設為off，可以在http塊，server塊，location塊。
sendfile_max_chunk 100k; #每個程序每次呼叫傳輸數量不能大於設定的值，預設為0，即不設上限。
keepalive_timeout 65; #連線超時時間，預設為75s，可以在http，server，location塊。
upstream mysvr {
server 127.0.0.1:7878;
server 192.168.10.121:3333 backup; #熱備
}
error_page 404 https://www.baidu.com; #錯誤頁
server {
keepalive_requests 120; #單連線請求上限次數。
listen 4545; #監聽埠
server_name 127.0.0.1; #監聽地址
location ~*^.+$ { #請求的url過濾，正則匹配，~為區分大小寫，~*為不區分大小寫。
#root path; #根目錄
#index vv.txt; #設定預設頁
proxy_pass http://mysvr; #請求轉向mysvr 定義的伺服器列表
deny 127.0.0.1; #拒絕的ip
allow 172.18.5.54; #允許的ip
}
}
} 配置例項
下面通過配置 Nginx 配置檔案，實現正向代理、反向代理、負載均衡、Nginx 快取、動靜分離和高可用 Nginx 6 種功能，並對 Nginx 的原理作進一步的解析。當需要使用 Nginx 配置檔案時，參考本文例項即可，建議收藏。
①正向代理
正向代理的代理物件是客戶端。正向代理就是代理伺服器替客戶端去訪問目標伺服器。
實現效果：在瀏覽器輸入 www.google.com , 瀏覽器跳轉到 www.google.com 。
具體配置：
server{
resolver 8.8.8.8;
listen 80;
location / {
proxy_pass http://$http_host$request_uri;
}
} 在需要訪問外網的客戶端上執行以下一種操作即可：
1. 方法1（推薦）
export http_proxy=http://你的正向代理伺服器地址：代理埠
2. 方法2
vim ~/.bashrc
export http_proxy=http://你的正向代理伺服器地址：代理埠 ②反向代理
反向代理指代理後端伺服器響應客戶端請求的一箇中介伺服器，代理的物件是服務端。
實現效果：在瀏覽器輸入 www.abc.com , 從 Nginx 伺服器跳轉到 Linux 系統 Tomcat 主頁面。
具體配置：
server {
listen 80;
server_name 192.168.4.32; #監聽地址
location / {
root html; #/html目錄
proxy_pass http://127.0.0.1:8080; #請求轉向
index index.html index.htm; #設定預設頁
}
} 實現效果：根據在瀏覽器輸入的路徑不同，跳轉到不同埠的服務中。
具體配置：
server {
listen 9000;
server_name 192.168.4.32; #監聽地址
location ~ /example1/ {
proxy_pass http://127.0.0.1:5000;
}
location ~ /example2/ {
proxy_pass http://127.0.0.1:8080;
}
} Location 指令說明：
- ~：表示 uri 包含正則表示式，且區分大小寫。
- ~*：表示 uri 包含正則表示式，且不區分大小寫。
- =：表示 uri 不含正則表示式，要求嚴格匹配。
③負載均衡
實現效果：在瀏覽器位址列輸入 http://192.168.4.32/example/a.html ，平均到 5000 和 8080 埠中，實現負載均衡效果。
具體配置：
upstream myserver {
server 192.167.4.32:5000;
server 192.168.4.32:8080;
}
server {
listen 80; #監聽埠
server_name 192.168.4.32; #監聽地址
location / {
root html; #html目錄
index index.html index.htm; #設定預設頁
proxy_pass http://myserver; #請求轉向 myserver 定義的伺服器列表
}
} Nginx 分配伺服器策略：
輪詢(預設)：按請求的時間順序依次逐一分配，如果伺服器 down 掉，能自動剔除。
權重：weight 越高，被分配的客戶端越多，預設為 1。
比如：
upstream myserver {
server 192.167.4.32:5000 weight=10;
server 192.168.4.32:8080 weight=5;
} IP：按請求 IP 的 Hash 值分配，每個訪客固定訪問一個後端伺服器。
比如：
upstream myserver {
ip_hash;
server 192.167.4.32:5000;
server 192.168.4.32:8080;
} Fair：按後端伺服器的響應時間來分配，響應時間短的優先分配到請求。
比如：
upstream myserver {
fair;
server 192.168.4.32:5000;
server 192.168.4.32:8080;
} ④Nginx 快取
實現效果：在 3 天內，通過瀏覽器位址列訪問 http://192.168.4.32/a.jpg，不會從伺服器抓取資源，3 天后(過期)則從伺服器重新下載。
具體配置：
# http 區域下新增快取區配置
proxy_cache_path /tmp/nginx_proxy_cache levels=1 keys_zone=cache_one:512m inactive=60s max_size=1000m;
# server 區域下新增快取配置
location ~ \.(gif|jpg|png|htm|html|css|js)(.*) {
proxy_pass http://192.168.4.32:5000；#如果沒有快取則轉向請求
proxy_redirect off;
proxy_cache cache_one;
proxy_cache_valid 200 1h; #對不同的 HTTP 狀態碼設定不同的快取時間
proxy_cache_valid 500 1d;
proxy_cache_valid any 1m;
expires 3d;
} Expires 是給一個資源設定一個過期時間，通過 Expires 引數設定，可以使瀏覽器快取過期時間之前的內容，減少與伺服器之間的請求和流量。
也就是說無需去服務端驗證，直接通過瀏覽器自身確認是否過期即可，所以不會產生額外的流量。此種方法非常適合不經常變動的資源。
⑤動靜分離
實現效果：通過瀏覽器位址列訪問 www.abc.com/a.html ，訪問靜態資源伺服器的靜態資源內容。
通過瀏覽器位址列訪問 www.abc.com/a.jsp ，訪問動態資源伺服器的動態資源內容。
具體配置：
upstream static {
server 192.167.4.31:80;
}
upstream dynamic {
server 192.167.4.32:8080;
}
server {
listen 80; #監聽埠
server_name www.abc.com; 監聽地址
# 攔截動態資源
location ~ .*\.(php|jsp)$ {
proxy_pass http://dynamic;
}
# 攔截靜態資源
location ~ .*\.(jpg|png|htm|html|css|js)$ {
root /data/; #html目錄
proxy_pass http://static;
autoindex on;; #自動開啟檔案列表
}
} ⑥高可用
一般情況下，通過 Nginx 主伺服器訪問後臺目標服務叢集，當主伺服器掛掉後，自動切換至備份伺服器，此時由備份伺服器充當主伺服器的角色，訪問後端目標伺服器。
實現效果：準備兩臺 Nginx 伺服器，通過瀏覽器位址列訪問虛擬 IP 地址，把主伺服器的 Nginx 停止，再次訪問虛擬 IP 地址仍舊有效。
具體配置：
# 安裝 keepalived
yum install keepalived -y
# 檢查版本
rpm -q -a keepalived
keepalived-1.3.5-16.el7.x86_64 1.在兩臺 Nginx 伺服器上安 Keepalived：Keepalived 相當於一個路由，它通過一個指令碼來檢測當前伺服器是否還活著，如果還活著則繼續訪問，否則就切換到另一臺備份伺服器。
2.修改主備伺服器/etc/keepalived/keepalivec.conf 配置檔案(可直接替換)，完成高可用主從配置。
Keepalived 將 Nginx 伺服器繫結到一個虛擬 IP，Nginx 高可用叢集對外統一暴露這個虛擬 IP，客戶端都是通過訪問這個虛擬 IP 來訪問 Nginx 伺服器 。
global_defs {
notification_email {
[email protected]
[email protected]
[email protected]
}
[email protected]
smtp_server 192.168.4.32
smtp_connect_timeout 30
router_id LVS_DEVEL # 在 /etc/hosts 檔案中配置，通過它能訪問到我們的主機
}
vrrp_script_chk_http_port {
script "/usr/local/src/nginx_check.sh"
interval 2 # 檢測指令碼執行的時間間隔
weight 2 # 權重每次加2
}
vrrp_instance VI_1 {
interface ens7f0 # 網絡卡，需根據情況修改
state MASTER # 備份伺服器上將 MASTER 改為 BACKUP
virtual_router_id 51 # 主備機的 virtual_router_id 必須相同
priority 100 # 主備機取不同的優先順序，主機值較大，備份機值較小
advert_int 1 # 每隔多長時間（預設1s）傳送一次心跳，檢測伺服器是否還活著
authentication {
auth_type PASS
auth_pass 1111
}
virtual_ipaddress {
192.168.1.100 # VRRP H 虛擬地址，可以繫結多個
}
} 欄位說明如下：
router_id：在 /etc/hosts 檔案中配置，通過它能訪問到我們的主機。
127.0.0.1 localhost localhost.localdomain localhost4 localhost4.localdomain4
::1 localhost localhost.localdomain localhost6 localhost6.localdomain6
127.0.0.1 LVS_DEVEL interval：設定指令碼執行的間隔時間。
weight：當指令碼執行失敗即 Keepalived 或 Nginx 掛掉時，權重增加的值(可為負數)。
interface：輸入 ifconfig 命令檢視當前的網絡卡名是什麼。
ens7f0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu 1500
inet 192.168.4.32 netmask 255.255.252.0 broadcast 192.168.7.255
inet6 fe80::e273:9c3c:e675:7c60 prefixlen 64 scopeid 0x20<link>
... ... 3.在 /usr/local/src 目錄下新增檢測指令碼 nginx_check.sh：
#!/bin/bash
A=`ps -C nginx -no-header |wc -l`
if [ $A -eq 0 ];then
/usr/local/nginx/sbin/nginx
sleep 2
if [ ps -C nginx -no-header |wc -l` -eq 0 ];then
killall keepalived
fi
fi 4.啟動兩臺伺服器的 Nginx 和 Keepalived：
# 啟動 nginx
./nginx
# 啟動 keepalived
systemctl start keepalived.service 5.檢視虛擬 IP 地址 IP a。把主伺服器 192.168.4.32 Nginx 和 Keepalived 停止，再訪問虛擬 IP 檢視高可用效果。
原理解析
Nginx 啟動之後，在 Linux 系統中有兩個程序，一個為 Master，一個為 Worker。
Master 作為管理員不參與任何工作，只負責給多個 Worker 分配不同的任務(Worker 一般有多個)。
ps -ef |grep nginx
root 20473 1 0 2019 ? 00:00:00 nginx: master process /usr/sbin/nginx
nginx 4628 20473 0 Jan06 ? 00:00:00 nginx: worker process
nginx 4629 20473 0 Jan06 ? 00:00:00 nginx: worker process Worker 是如何工作的?客戶端傳送一個請求首先要經過 Master，管理員收到請求後會將請求通知給 Worker。
多個 Worker 以爭搶的機制來搶奪任務，得到任務的 Worker 會將請求經由 Tomcat 等做請求轉發、反向代理、訪問資料庫等(Nginx 本身是不直接支援 Java 的)。
一個 Master 和多個 Worker 的好處?
- 可以使用 nginx -s reload 進行熱部署。
- 每個 Worker 是獨立的程序，如果其中一個 Worker 出現問題，其他 Worker 是獨立執行的，會繼續爭搶任務，實現客戶端的請求過程，而不會造成服務中斷。
設定多少個 Worker 合適?Nginx 和 Redis 類似，都採用了 IO 多路複用機制，每個 Worker 都是一個獨立的程序，每個程序裡只有一個主執行緒。
通過非同步非阻塞的方式來處理請求，每個 Worker 的執行緒可以把一個 CPU 的效能發揮到極致，因此，Worker 數和伺服器的 CPU 數相等是最為適宜的。
思考：
- 傳送一個請求，會佔用 Worker 幾個連線數?
- 有一個 Master 和 4 個 Worker，每個 Worker 支援的最大連線數為 1024，該系統支援的最大併發數是多少?
恭喜!目前為止你已經掌握了 Nginx 6 種功能的配置方式，並和我一起進一步探討了 Nginx 的原理。