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「查缺補漏」鞏固你的Nginx知識體系

阿新 • • 發佈：2020-09-09

Nginx篇

基本介紹

Nginx是一款輕量級的 Web伺服器 / 反向代理伺服器 / 電子郵件（IMAP/POP3）代理伺服器，主要的優點是：

  1. 支援高併發連線，尤其是靜態介面，官方測試Nginx能夠支撐5萬併發連線

  2. 記憶體佔用極低

  3. 配置簡單，使用靈活，可以基於自身需要增強其功能，同時支援自定義模組的開發

    使用靈活：可以根據需要，配置不同的負載均衡模式，URL地址重寫等功能

  4. 穩定性高，在進行反向代理時，宕機的概率很低

  5. 支援熱部署，應用啟動過載非常迅速

基礎使用

Windows版

安裝

檔案下載地址：http://nginx.org/en/docs/windows.html

如果下載很慢可以用該連結：

百度雲盤連結: https://pan.baidu.com/s/1r3mSEGhmz4HA46Cw9w6QTQ 提取碼: d8bi

解壓即可

基本命令

# 啟動
# 建議使用第一種，第二種會使視窗一直處於執行中，不能進行其他命令操作
C:\server\nginx-1.19.2> start nginx
C:\server\nginx-1.19.2> nginx.exe

# 停止
# stop是快速停止nginx，可能並不儲存相關資訊；quit是完整有序的停止nginx，並儲存相關資訊
C:\server\nginx-1.19.2> nginx.exe -s stop
C:\server\nginx-1.19.2> nginx.exe -s quit

# 過載Nginx
# 當配置資訊修改，需要重新載入這些配置時使用此命令
C:\server\nginx-1.19.2> nginx.exe -s reload

# 重新開啟日誌檔案
C:\server\nginx-1.19.2> nginx.exe -s reopen

# 檢視Nginx版本
C:\server\nginx-1.19.2> nginx -v

# 檢視配置檔案是否正確
C:\server\nginx-1.19.2> nginx -t

簡單Demo

  1. 利用SwitchHost軟體編輯域名和IP的對映關係，或到目錄C:\Windows\System32\drivers\etc下，編輯hosts檔案，增加配置如下（Mac 同理）

    127.0.0.1  kerwin.demo.com

    PS：推薦使用軟體SwitchHost，工作時幾乎是必用的

  2. 修改配置，如圖所示：

效果如圖所示：

Nginx在架構體系中的作用

  • 閘道器 （面向客戶的總入口）
  • 虛擬主機（為不同域名 / ip / 埠提供服務。如：VPS虛擬伺服器）
  • 路由（正向代理 / 反向代理）
  • 靜態伺服器
  • 負載叢集（提供負載均衡）

閘道器

閘道器：可以簡單的理解為使用者請求和伺服器響應的關口，即面向使用者的總入口

閘道器可以攔截客戶端所有請求，對該請求進行許可權控制、負載均衡、日誌管理、介面呼叫監控等，因此無論使用什麼架構體系，都可以使用Nginx作為最外層的閘道器

虛擬主機

虛擬主機的定義：虛擬主機是一種特殊的軟硬體技術，它可以將網路上的每一臺計算機分成多個虛擬主機，每個虛擬主機可以獨立對外提供 www 服務，這樣就可以實現一臺主機對外提供多個 web 服務，每個虛擬主機之間是獨立的，互不影響的。

通過 Nginx 可以實現虛擬主機的配置，Nginx 支援三種類型的虛擬主機配置

  • 基於 IP 的虛擬主機
  • 基於域名的虛擬主機
  • 基於埠的虛擬主機

表現形式其實大家多見過，即：

# 每個 server 就是一個虛擬主機
http {
    # ...
    server{
        # ...
    }
    
    # ...
    server{
        # ...
    }
}

路由

在Nginx的配置檔案中，我們經常可以看到這樣的配置：

location / {
	#....
}

location在此處就起到了路由的作用，比如我們在同一個虛擬主機內定義兩個不同的路由，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&not_self=1;
 }

效果如下：

因為路由的存在，為我們後續解決跨域問題提供了一定的思路，同時配置內容和API介面等更加方便

PS：路由的功能非常強大，支援正則匹配

正向與反向代理

此處額外解釋一下proxy_pass的含義

在Nginx中配置proxy_pass代理轉發時，如果在proxy_pass後面的url加 /，表示絕對根路徑；

如果沒有/，表示相對路徑

正向代理

  1. 代理客戶;
  2. 隱藏真實的客戶，為客戶端收發請求，使真實客戶端對伺服器不可見;
  3. 一個區域網內的所有使用者可能被一臺伺服器做了正向代理，由該臺伺服器負責 HTTP 請求;
  4. 意味著同伺服器做通訊的是正向代理伺服器;

反向代理

  1. 代理伺服器;
  2. 隱藏了真實的伺服器，為伺服器收發請求，使真實伺服器對客戶端不可見;
  3. 負載均衡伺服器，將使用者的請求分發到空閒的伺服器上;
  4. 意味著使用者和負載均衡伺服器直接通訊，即使用者解析伺服器域名時得到的是負載均衡伺服器的 IP ;

共同點

  1. 都是做為伺服器和客戶端的中間層
  2. 都可以加強內網的安全性，阻止 web 攻擊
  3. 都可以做快取機制，提高訪問速度

區別

  1. 正向代理其實是客戶端的代理,反向代理則是伺服器的代理。
  2. 正向代理中，伺服器並不知道真正的客戶端到底是誰；而在反向代理中，客戶端也不知道真正的伺服器是誰。
  3. 作用不同。正向代理主要是用來解決訪問限制問題；而反向代理則是提供負載均衡、安全防護等作用。

靜態伺服器

靜態伺服器是Nginx的強項，使用非常容易，在預設配置下本身就是指向了靜態的HTML介面，如：

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

所以前端同學們，如果構建好了介面，可以進行相應的配置，把介面指向目標資料夾中即可，root指的是html資料夾

負載均衡

負載均衡功能是Nginx另一大殺手鐗，一共有5種方式，著重介紹一下。

輪詢

每個請求按時間順序逐一分配到不同的後端伺服器，如果後端伺服器down掉，能自動剔除，配置如下：

upstream tomcatserver {
	server 192.168.0.1;
	server 192.168.0.2;
}

輪詢策略是預設的負載均衡策略

指定權重

即在輪詢的基礎之上，增加權重的概念，weight和訪問比率成正比，用於後端伺服器效能不均的情況，配置如下：

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

IP Hash

每個請求按訪問ip的hash結果分配，這樣每個訪客固定訪問一個後端伺服器，可以解決session的問題，配置如下：

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

fair

第三方提供的負載均衡策略，按後端伺服器的響應時間來分配請求，響應時間短的優先分配，生產環境中有各種情況可能導致響應時間波動，需要慎用

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

url_hash

第三方提供的負載均衡策略，按訪問url的hash結果來分配請求，使每個url定向到同一個後端伺服器

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

Nginx的模組化設計

先來看看Nginx模組架構圖：

這5個模組由上到下重要性一次遞減。

（1）核心模組；

核心模組是Nginx伺服器正常執行必不可少的模組，如同作業系統的核心。它提供了Nginx最基本的核心服務。像程序管理、許可權控制、錯誤日誌記錄等；

（2）標準HTTP模組；

標準HTTP模組支援標準的HTTP的功能，如：埠配置，網頁編碼設定，HTTP響應頭設定等；

（3）可選HTTP模組；

可選HTTP模組主要用於擴充套件標準的HTTP功能，讓Nginx能處理一些特殊的服務，如：解析GeoIP請求，SSL支援等；

（4）郵件服務模組；

郵件服務模組主要用於支援Nginx的郵件服務；

（5）第三方模組；

第三方模組是為了擴充套件Nginx伺服器應用，完成開發者想要的功能，如：Lua支援，JSON支援等；

模組化設計使得Nginx方便開發和擴充套件，功能很強大

Nginx的請求處理流程

基於上文中的Nginx模組化結構，我們很容易想到，在請求的處理階段也會經歷諸多的過程，Nginx 將各功能模組組織成一條鏈，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組，進行處理，每個模組實現特定的功能。

一個 HTTP Request 的處理過程：

  • 初始化 HTTP Request
  • 處理請求頭、處理請求體
  • 如果有的話，呼叫與此請求（URL 或者 Location）關聯的 handler
  • 依次呼叫各 phase handler 進行處理
  • 輸出內容依次經過 filter 模組處理

Nginx的多程序模型

Nginx 在啟動後，會有一個 master 程序和多個 worker 程序。

master 程序主要用來管理worker 程序，包括接收來自外界的訊號，向各 worker 程序傳送訊號，監控 worker 程序的執行狀態以及啟動 worker 程序。

worker 程序是用來處理來自客戶端的請求事件。多個 worker 程序之間是對等的，它們同等競爭來自客戶端的請求，各程序互相獨立，一個請求只能在一個 worker 程序中處理。worker 程序的個數是可以設定的，一般會設定與機器 CPU 核數一致，這裡面的原因與事件處理模型有關

Nginx 的程序模型，可由下圖來表示：

這種設計帶來以下優點：

1） 利用多核系統的併發處理能力

現代作業系統已經支援多核 CPU 架構，這使得多個程序可以分別佔用不同的 CPU 核心來工作。Nginx 中所有的 worker 工作程序都是完全平等的。這提高了網路效能、降低了請求的時延。

2） 負載均衡

多個 worker 工作程序通過程序間通訊來實現負載均衡，即一個請求到來時更容易被分配到負載較輕的 worker 工作程序中處理。這也在一定程度上提高了網路效能、降低了請求的時延。

3） 管理程序會負責監控工作程序的狀態，並負責管理其行為

管理程序不會佔用多少系統資源，它只是用來啟動、停止、監控或使用其他行為來控制工作程序。首先，這提高了系統的可靠性，當 worker 程序出現問題時，管理程序可以啟動新的工作程序來避免系統性能的下降。其次，管理程序支援 Nginx 服務執行中的程序升級、配置項修改等操作，這種設計使得動態可擴充套件性、動態定製性較容易實現。

Nginx如何解決驚群現象

什麼是驚群現象？

驚群效應（thundering herd）是指多程序（多執行緒）在同時阻塞等待同一個事件的時候（休眠狀態），如果等待的這個事件發生，那麼他就會喚醒等待的所有程序（或者執行緒），但是最終卻只能有一個程序（執行緒）獲得這個時間的“控制權”，對該事件進行處理，而其他程序（執行緒）獲取“控制權”失敗，只能重新進入休眠狀態，這種現象和效能浪費就叫做驚群效應。

上文中介紹了Nginx的多程序模型，而典型的多程序模型正如文中所說，多個worker程序之間是對等的，因此當一個請求到來的時候，所有程序會同時開始競爭，最終執行的又只有一個，這樣勢必會造成資源的浪費。

Nginx解決該問題的思路是：不讓多個程序在同一時間監聽接受連線的socket，而是讓每個程序輪流監聽，這樣當有連線過來的時候，就只有一個程序在監聽那肯定就沒有驚群的問題。

具體做法是：利用一把程序間鎖，每個程序中都嘗試獲得這把鎖，如果獲取成功將監聽socket加入wait集合中，並設定超時等待連線到來，沒有獲得鎖的程序則將監聽socket從wait集合去除。

事件驅動模型和非同步非阻塞IO

承接上文，我們知道了Nginx的多程序模型後瞭解到，其工作程序實際上只有幾個，但為什麼依然能獲得如此高的併發效能，當然與其採用的事件驅動模型和非同步非阻塞IO的方式來處理請求有關。

Nginx伺服器響應和處理Web請求的過程，是基於事件驅動模型的，它包含事件收集器、事件傳送器和事件處理器等三部分基本單元，著重關注事件處理器，而一般情況下事件處理器有這麼幾種辦法：

  • 事件傳送器每傳遞過來一個請求，目標物件就建立一個新的程序
  • 事件傳送器每傳遞過來一個請求，目標物件就建立一個新的執行緒，來進行處理
  • 事件傳送器每傳遞過來一個請求，目標物件就將其放入一個待處理事件的列表，使用非阻塞I/O方式呼叫

第三種方式，在編寫程式程式碼時，邏輯比前面兩種都複雜。大多數網路伺服器採用了第三種方式，逐漸形成了所謂的事件驅動處理庫。

事件驅動處理庫又被稱為多路IO複用方法，最常見的包括以下三種：select模型，poll模型和epoll模型。

其中Nginx就預設使用的是epoll模型，同時也支援其他事件模型。

epoll的幫助就在於其提供了一種機制，可以讓程序同時處理多個併發請求，不用關心IO呼叫的具體狀態。IO呼叫完全由事件驅動模型來管理，這樣一來，當某個工作程序接收到客戶端的請求以後，呼叫IO進行處理，如果不能立即得到結果，就去處理其他的請求；而工作程序在此期間也無需等待響應，可以去處理其他事情；當IO返回時，epoll就會通知此工作程序；該程序得到通知後，會來繼續處理未完的請求

Nginx配置的最佳實踐

在生產環境或者開發環境中Nginx一般會代理多個虛擬主機，如果把所有的配置檔案寫在預設的nginx.conf中，看起來會非常臃腫，因此建議將每一個虛擬檔案單獨放置一個資料夾，Nginx支援這樣的配置，如下：

http {
	# 省略中間配置

	# 引用該目錄下以 .conf 檔案結尾的配置
    include /etc/nginx/conf.d/*.conf;
}

具體檔案配置如：

# Demo
upstream 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全量配置引數說明

# 執行使用者
user www-data;    

# 啟動程序,通常設定成和cpu的數量相等
worker_processes  6;

# 全域性錯誤日誌定義型別，[debug | info | notice | warn | error | crit]
error_log  logs/error.log;
error_log  logs/error.log  notice;
error_log  logs/error.log  info;

# 程序pid檔案
pid        /var/run/nginx.pid;

# 工作模式及連線數上限
events {
    # 僅用於linux2.6以上核心,可以大大提高nginx的效能
    use   epoll; 
    
    # 單個後臺worker process程序的最大併發連結數
    worker_connections  1024;     
    
    # 客戶端請求頭部的緩衝區大小
    client_header_buffer_size 4k;
    
    # keepalive 超時時間
    keepalive_timeout 60;      
    
    # 告訴nginx收到一個新連線通知後接受盡可能多的連線
    # multi_accept on;            
}

#設定http伺服器，利用它的反向代理功能提供負載均衡支援
http {
    # 副檔名與檔案型別對映表義
    include       /etc/nginx/mime.types;
    
    # 預設檔案型別
    default_type  application/octet-stream;
    
    # 預設編碼
    charset utf-8;
    
    # 伺服器名字的hash表大小
    server_names_hash_bucket_size 128;
    
    # 客戶端請求頭部的緩衝區大小
    client_header_buffer_size 32k;
    
    # 客戶請求頭緩衝大小
	large_client_header_buffers 4 64k;
	
	# 設定通過nginx上傳檔案的大小
    client_max_body_size 8m;
    
    # 開啟目錄列表訪問，合適下載伺服器，預設關閉。
    autoindex on;

    # sendfile 指令指定 nginx 是否呼叫 sendfile 函式（zero copy 方式）來輸出檔案，對於普通應用，
    # 必須設為 on,如果用來進行下載等應用磁碟IO重負載應用，可設定為 off，以平衡磁碟與網路I/O處理速度
    sendfile        on;
    
    # 此選項允許或禁止使用socke的TCP_CORK的選項，此選項僅在使用sendfile的時候使用
    #tcp_nopush     on;

    # 連線超時時間（單秒為秒）
    keepalive_timeout  65;
    
    
    # gzip模組設定
    gzip on;               #開啟gzip壓縮輸出
    gzip_min_length 1k;    #最小壓縮檔案大小
    gzip_buffers 4 16k;    #壓縮緩衝區
    gzip_http_version 1.0; #壓縮版本（預設1.1，前端如果是squid2.5請使用1.0）
    gzip_comp_level 2;     #壓縮等級
    gzip_types text/plain application/x-javascript text/css application/xml;
    gzip_vary on;

    # 開啟限制IP連線數的時候需要使用
    #limit_zone crawler $binary_remote_addr 10m;
   
	# 指定虛擬主機的配置檔案，方便管理
    include /etc/nginx/conf.d/*.conf;


    # 負載均衡配置
    upstream mysvr {
        # 請見上文中的五種配置
    }


   # 虛擬主機的配置
    server {
        
        # 監聽埠
        listen 80;

        # 域名可以有多個，用空格隔開
        server_name www.jd.com jd.com;
        
        # 預設入口檔名稱
        index index.html index.htm index.php;
        root /data/www/jd;

        # 圖片快取時間設定
        location ~ .*.(gif|jpg|jpeg|png|bmp|swf)${
            expires 10d;
        }
         
        #JS和CSS快取時間設定
        location ~ .*.(js|css)?${
            expires 1h;
        }
         
        # 日誌格式設定
        #$remote_addr與$http_x_forwarded_for用以記錄客戶端的ip地址；
        #$remote_user：用來記錄客戶端使用者名稱稱；
        #$time_local： 用來記錄訪問時間與時區；
        #$request： 用來記錄請求的url與http協議；
        #$status： 用來記錄請求狀態；成功是200，
        #$body_bytes_sent ：記錄傳送給客戶端檔案主體內容大小；
        #$http_referer：用來記錄從那個頁面連結訪問過來的；
        log_format access '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
        '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
        '"$http_user_agent" $http_x_forwarded_for';
         
        # 定義本虛擬主機的訪問日誌
        access_log  /usr/local/nginx/logs/host.access.log  main;
        access_log  /usr/local/nginx/logs/host.access.404.log  log404;
         
        # 對具體路由進行反向代理
        location /connect-controller {
 
            proxy_pass http://127.0.0.1:88;
            proxy_redirect off;
            proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
             
            # 後端的Web伺服器可以通過X-Forwarded-For獲取使用者真實IP
            proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
            proxy_set_header Host $host;

            # 允許客戶端請求的最大單檔案位元組數
            client_max_body_size 10m;

            # 緩衝區代理緩衝使用者端請求的最大位元組數，
            client_body_buffer_size 128k;

            # 表示使nginx阻止HTTP應答程式碼為400或者更高的應答。
            proxy_intercept_errors on;

            # nginx跟後端伺服器連線超時時間(代理連線超時)
            proxy_connect_timeout 90;

            # 後端伺服器資料回傳時間_就是在規定時間之內後端伺服器必須傳完所有的資料
            proxy_send_timeout 90;

            # 連線成功後，後端伺服器響應的超時時間
            proxy_read_timeout 90;

            # 設定代理伺服器（nginx）儲存使用者頭資訊的緩衝區大小
            proxy_buffer_size 4k;

            # 設定用於讀取應答的緩衝區數目和大小，預設情況也為分頁大小，根據作業系統的不同可能是4k或者8k
            proxy_buffers 4 32k;

            # 高負荷下緩衝大小（proxy_buffers*2）
            proxy_busy_buffers_size 64k;

            # 設定在寫入proxy_temp_path時資料的大小，預防一個工作程序在傳遞檔案時阻塞太長
            # 設定快取資料夾大小，大於這個值，將從upstream伺服器傳
            proxy_temp_file_write_size 64k;
        }
        
        # 動靜分離反向代理配置（多路由指向不同的服務端或介面）
        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還能做什麼

解決CORS跨域問題

思路有兩個：

  • 基於多路由，把跨域的兩個請求發到各自的伺服器，然後統一訪問入口即可避免該問題
  • 利用Nginx配置Headerd的功能，為其附上相應的請求頭

適配 PC 或移動裝置

根據使用者裝置不同返回不同樣式的站點，以前經常使用的是純前端的自適應佈局，但無論是複雜性和易用性上面還是不如分開編寫的好，比如我們常見的淘寶、京東......這些大型網站就都沒有采用自適應，而是用分開製作的方式，根據使用者請求的 user-agent 來判斷是返回 PC 還是 H5 站點

請求限流

Nginx按請求速率限速模組使用的是漏桶演算法，即能夠強行保證請求的實時處理速度不會超過設定的閾值，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：圖片防盜鏈，請求過濾，泛域名轉發，配置HTTPS等等

可參考文章：《Nginx 從入門到實踐，萬字詳解！》

常見問題

Q1：Nginx一般用作什麼？

見上文中Nginx在架構體系中的作用，配合Nginx還能做什麼作答即可

Q2：為什麼要用Nginx？

理解閘道器的必要性，以及Nginx保證高可用，負載均衡的能力

Q3：為什麼Nginx這麼快？

如果一個server採用一個程序負責一個request的方式，那麼程序數就是併發數。那麼顯而易見的，就是會有很多程序在等待中。等什麼？最多的應該是等待網路傳輸。

而nginx 的非同步非阻塞工作方式正是利用了這點等待的時間。在需要等待的時候，這些程序就空閒出來待命了。因此表現為少數幾個程序就解決了大量的併發問題。

nginx是如何利用的呢，簡單來說：同樣的4個程序，如果採用一個程序負責一個request的方式，那麼，同時進來4個request之後，每個程序就負責其中一個，直至會話關閉。期間，如果有第5個request進來了。就無法及時反應了，因為4個程序都沒幹完活呢，因此，一般有個排程程序，每當新進來了一個request，就新開個程序來處理。

nginx不這樣，每進來一個request，會有一個worker程序去處理。但不是全程的處理，處理到什麼程度呢？處理到可能發生阻塞的地方，比如向上遊（後端）伺服器轉發request，並等待請求返回。那麼，這個處理的worker不會這麼傻等著，他會在傳送完請求後，註冊一個事件：“如果upstream返回了，告訴我一聲，我再接著幹”。於是他就休息去了。此時，如果再有request 進來，他就可以很快再按這種方式處理。而一旦上游伺服器返回了，就會觸發這個事件，worker才會來接手，這個request才會接著往下走。

由於web server的工作性質決定了每個request的大部份生命都是在網路傳輸中，實際上花費在server機器上的時間片不多。這是幾個程序就解決高併發的祕密所在。

總結：事件模型，非同步非阻塞，多程序模型加上細節優化的共同作用

Q4：什麼是正向代理和反向代理

見上文

Q5：Nginx負載均衡的演算法有哪些？

見上文

Q6：Nginx如何解決的驚群現象？

見上文

Q7：Nginx為什麼不用多執行緒模型？

深入理解多程序模型加上非同步非阻塞IO的好處以及多執行緒模型中上下文切換的劣勢

Q8：Nginx壓縮功能有什麼壞處嗎？

非常耗費伺服器的CPU

Q9：Nginx有幾種程序模型?

實際上有兩種，多程序和單程序，但是實際工作中都是多程序的

參考

最後

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