从原理到实战,彻底搞懂Nginx

什么是Nginx?

Nginx代码完全用C语言从头写成，已经移植到许多体系结构和操作系统，包括：Linux、FreeBSD、Solaris、Mac OS X、AIX以及Microsoft Windows。

Nginx有自己的函数库，并且除了zlib、PCRE和OpenSSL之外，标准模块只使用系统C库函数。而且，如果不需要或者考虑到潜在的授权冲突，可以不使用这些第三方库

Nginx (engine x) 是一个高性能的HTTP和反向代理web服务器，同时也提供了IMAP/POP3/SMTP服务。Nginx是由伊戈尔·赛索耶夫为俄罗斯访问量第二的Rambler.ru站点（俄文：Рамблер）开发的，第一个公开版本0.1.0发布于2004年10月4日。

其将源代码以类BSD许可证的形式发布，因它的稳定性、丰富的功能集、示例配置文件和低系统资源的消耗而闻名。2011年6月1日，nginx 1.0.4发布。

Nginx是一款轻量级的Web 服务器/反向代理服务器及电子邮件（IMAP/POP3）代理服务器，在BSD-like 协议下发行。其特点是占有内存少，并发能力强，事实上nginx的并发能力在同类型的网页服务器中表现较好，中国大陆使用nginx网站用户有：百度、京东、新浪、网易、腾讯、淘宝等。

一句话Nginx 就是牛逼，成熟，稳定 ，应用范围广 主要还是开源。

Nginx 架构原理

Nginx 相关配置

      通过配置 Nginx 配置文件，实现正向代理、反向代理、负载均衡、Nginx 缓存、动静分离和高可用 Nginx 6种功能，并对 Nginx 的原理作进一步的解析。当需要使用 Nginx 配置文件时，参考本文实例即可。

1:正向代理

 正向代理的代理对象是客户端，正向代理就是代理服务器代替客户去访问目标服务器。

1.1 实战一

实现效果：

在浏览器输入www.baidu.com,浏览器跳转到www.baidu.com 。

具体配置

server{   
  resolver 8.8.8.8;    listen 80;   
  location / {       
  proxy_pass http://$http_host$request_uri;   

 }}

在需要访问的客户端上执行以下一种操作即可：

//1. 方法1（推荐）
export http_proxy=http://你的正向代理服务器地址：代理端口   
//2. 方法2 
vim ~/.bashrcexport http_proxy=http://你的正向代理服务器地址：代理端口 

2.反向代理

 反向代理指代理后端服务器相应客户端请求的一个中介服务器，代理的对象是服务端。

2.1实战一

实现效果：

在浏览器输入www.abc.com , 从nginx服务器跳转到linux系统tomact主页面。

具体配置：

server {        
  listen       80;          
  server_name  192.168.4.32;   #监听地址           
  location  / {                 
     root html;  #/html目录          
     proxy_pass http://127.0.0.1:8080;  #请求转向          
     index  index.html index.htm;      #设置默认页              
     }     
}

2.2 实战二

实现效果：

 根据在浏览器输入的路径不同，跳转到不同的端口服务中

具体配置：

server {        
   listen       9000;           
   server_name  192.168.4.32;   #监听地址 
                      
   location  ~ /example1/ {             
      proxy_pass http://127.0.0.1:5000;                 
    } 
        
   location  ~ /example2/ {            
     proxy_pass http://127.0.0.1:8080;                  
   } 
   
}

 location 指令说明：

• ～：表示url包含正则表达式，且区分大小写。
• ～*：表示url包含正则表达式，且不区分大小写。
• =：表示url不包含正则表达式，要求严格匹配；

   项目场景

      通常情况下，我们在实际项目操作时，正向代理和反向代理很有可能会存在在一个应用场景中，正向代理代理客户端的请求去访问目标服务器，目标服务器是一个反向单利服务器，反向代理了多台真实的业务处理服务器。具体的拓扑图如下：

3 负载均衡

3.1:实战一

实现效果：

   假如在浏览器地址栏输入 http://192.168.4.32/example/a.html ，平均到5000和8080端口中，实现负载均衡效果。

具体配置：

upstream myserver {         
    server 192.167.4.32:5000;      
    server 192.168.4.32:8080;   
 } 

       
server {       
  listen       80;   #监听端口        
  server_name  192.168.4.32;   #监听地址  
         
  location  / {                 
      root html;  #html目录           
      index index.html index.htm;  #设置默认页          
      proxy_pass  http://myserver;  #请求转向 myserver 定义的服务器列表             
   }     
}

nginx分配服务器策略

• 轮询（默认）

      按请求的时间顺序一次逐一分配，如果服务器down掉，能自动剔除。

• 权重

    weight 越高，被分配的客户端越多，默认为1，比如：

 upstream myserver { 
   server 192.167.4.32:5000 weight=10; 
   server 192.168.4.32:8080 weight=5; 
 } 

• ip

按请求ip的hash值分配，每个访客固定访问一个后端服务器，比如：

upstream myserver { 
  ip_hash;  
   server 192.167.4.32:5000;
   server 192.168.4.32:8080;
  }

• fail

按照后端服务器的相应时间来分配，相应时间短的优先分配到请求，比如：

 upstream myserver { 
    fair;  
    server 192.168.4.32:5000;
    server 192.168.4.32:8080;
 }

4:nginx 缓存

4.1实战一

实现效果：

 在3天内，通过浏览器地址栏访问http://192.168.4.32/a.jpg,不会从芙蕖器抓取资源，3天后（过期）则从服务器重新下载。

具体配置：

# http 区域下添加缓存区配置
proxy_cache_path /tmp/nginx_proxy_cache levels=1 keys_zone=cache_one:512m inactive=60s max_size=1000m;

# server 区域下添加缓存配置
location ~ \.(gif|jpg|png|htm|html|css|js)(.*) {
     proxy_pass http://192.168.4.32:5000；#如果没有缓存则转向请求
     proxy_redirect off;
     proxy_cache cache_one;
     proxy_cache_valid 200 1h;            #对不同的 HTTP 状态码设置不同的缓存时间
     proxy_cache_valid 500 1d;
     proxy_cache_valid any 1m;
     expires 3d;
}

expires 是给一个资源设定一个过期时间，通过expires参数设置，可以使浏览器缓存过期时间之前的内容，减少与服务器之间的请求和流量，也就是说无需去服务端验证，直接通过浏览器自身确认是否过期即可，所以不会产生额外的流量，此方法非常适合不经常变动的资源；

5.动态分离

5.1实战一

实现效果：

通过浏览器地址栏访问www.abc.com/a.html, 访问静态资源服务器的静态资源内容，通过浏览器地址栏访问www.abc.com/a.html,访问动态资源服务器的动态资源内容；

具体配置：

upstream static {   
    server 192.167.4.31:80;
}

upstream dynamic {   
    server 192.167.4.32:8080;
}

server {
    listen       80;   #监听端口
    server_name  www.abc.com; 监听地址

    # 拦截动态资源
    location ~ .*\.(php|jsp)$ {
       proxy_pass http://dynamic;
    }
   
    # 拦截静态资源
    location ~ .*\.(jpg|png|htm|html|css|js)$ {       
       root /data/;  #html目录
       proxy_pass http://static;
       autoindex on;;  #自动打开文件列表
    }  
}

6:高可用

一般情况下，通过nginx主服务器访问后台目标服务集群，当主服务器挂掉后，自动切换至备份服务器，此时由备份服务器充当主服务器的角色，访问后端目标服务器。

6.1 实战一

实现效果：

准备两台nginx服务器,通过浏览器地址栏访问虚拟ip地址，把主服务器的nginx停止，再次访问虚拟ip地址还是有效；

具体配置：

(1):在两台nginx服务器上安keepalived。

keepalived 相当于一个路由，他通过一个脚本来检测当前服务器是否还活着，如果还活着则继续访问，否则就切换到另一台备份服务器。

# 安装 keepalived
yum install keepalived -y

# 检查版本
rpm -q -a keepalived
keepalived-1.3.5-16.el7.x86_64

(2):修改主备服务器 /etc/keepalived/keepalivec.conf 配置文件（可直接替换），完成高可用主从配置。

   keepalived 将nginx服务器绑定到一个虚拟ip,nginx高可用集群对外统一暴露这个虚拟IP，客户端都是通过访问这个虚拟IP来访问nginx服务器。

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 文件中配置，通过它能访问到我们的主机
}

vrrp_script_chk_http_port {   
    script "/usr/local/src/nginx_check.sh"

    interval 2      # 检测脚本执行的时间间隔

    weight 2        # 权重每次加2
}

vrrp_instance VI_1 {
    interface ens7f0 # 网卡，需根据情况修改
    state MASTER    # 备份服务器上将 MASTER 改为 BACKUP
    virtual_router_id 51 # 主备机的 virtual_router_id 必须相同
    priority 100   # 主备机取不同的优先级，主机值较大，备份机值较小
    advert_int 1  # 每隔多长时间（默认1s）发送一次心跳，检测服务器是否还活着
    authentication {
      auth_type PASS
      auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.1.100 # VRRP H 虚拟地址，可以绑定多个
    }
}

字段说明

• router_id:  在 /etc/hosts 文件中配置，通过它能访问到我们的主机。

  127.0.0.1   localhost localhost.localdomain localhost4 localhost4.localdomain4
  ::1         localhost localhost.localdomain localhost6 localhost6.localdomain6
  127.0.0.1   LVS_DEVEL   

• interval: 设置脚本执行的间隔时间
• weight: 当脚本执行失败即 keepalived 或nginx挂掉时，权重增加的值(可为负数)。
• interface:输入ifconfig命令查看当前的网卡名是什么。

  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目录下添加检测脚本 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):启动两台服务器的nginx和keepalived.

# 启动 nginx
./nginx

# 启动 keepalived
systemctl start keepalived.service

(5):查看虚拟ip地址ip a, 把主服务器 192.168.4.32 nginx 和 keepalived停止，再访问虚拟ip查看高可用效果。

7:原理解析

   nginx启动之后，在linux系统中有两个进程，一个为master，一个为worker, master 作为管理员不参与任何工作，只负责给多个worker分配不同的任务（worker 一般有多个），

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？

  客户端发送一个请求首先要经过master，管理员收到请求后会将请求通知给worker, 多个worker以争抢的机制来抢夺任务，得到任务的worker会将请求经过由tomact等做请求转发，反向代理，访问数据库（nginx本身是不支持Java的）。

一个master和多个worker的好处

• 可以使用 nginx -s reload 进行热部署。
• 每个worker是独立的进程，如果其中一个worker出现问题，其他worker是独立运行的，会继续争抢任务，实现客户端的请求过程，而不会造成服务中断。

设置多少个worker合适？

• nginx 和redis类似，都采用了io多路复用机制，每个worker都是独立的进程，每个进程中只有一个主线程，通过异步非阻塞的方式来处理请求，每个worker的线程可以把一个cpu的性能发挥到极致，因此，worker数和服务器的cpu数相等是最为适宜的。

思考：

(1):发送一个请求时，会占用worker几个连接数？

(2):有一个master 和4个worker,每个worker支持的自大连接数为1024，该系统支持的最大并发数是多少？