Nginx简介

ゞ浴缸里的玫瑰 2021-11-09 02:04 359阅读 0赞

## Nginx是什么 ##

没有听过Nginx？那么一定听过它的“同行”Apache吧！Nginx同Apache一样都是一种WEB服务器。基于REST架构风格，以统一资源描述符(Uniform Resources Identifier)URI或者统一资源定位符(Uniform Resources Locator)URL作为沟通依据，通过HTTP协议提供各种网络服务。

然而，这些服务器在设计之初受到当时环境的局限，例如当时的用户规模，网络带宽，产品特点等局限并且各自的定位和发展都不尽相同。这也使得各个WEB服务器有着各自鲜明的特点。

Apache的发展时期很长，而且是毫无争议的世界第一大服务器。它有着很多有点：稳定、开源、跨平台等等。但是由于它出现的时间太长了。它兴起的年代，互联网产业远比不上现在。所以它被设计为一个重量级的。不支持高并发的服务器。在Apache上运行数以万计的并发访问，会导致服务器消耗大量内存。操作系统对其进行进程或线程间的切换也消耗了大量的CPU资源，导致HTTP请求的平均响应速度降低。

这些都决定了Apache不可能成为高性能WEB服务器，轻量级高并发服务器Nginx和Lighttpd就应运而生了。

## Nginx产生 ##

又是拜大神的时候了，这次被选中的人是俄罗斯的工程师Igor Sysoev，他在为Rambler Media工作期间，使用C语言开发了Nginx。Nginx作为WEB服务器一直为Rambler Media提供出色而又稳定的服务。

然后呢，Igor Sysoev将Nginx代码开源，并且赋予自由软件许可证。

由于：

*  Nginx使用基于事件驱动架构，使得其可以支持数以百万级别的TCP连接
 *  高度的模块化和自由软件许可证是的第三方模块层出不穷（这是个开源的时代啊~）
 *  Nginx是一个跨平台服务器，可以运行在Linux, FreeBSD, Solaris, AIX, Mac OS, Windows等操作系统上
 *  这些优秀的设计带来的极大的稳定性。

于是，duang的一下。Nginx火了。

# Nginx基本概念 #

## 静态HTTP服务器 ##

首先，Nginx是一个HTTP服务器，可以将服务器上的静态文件（如HTML、图片）通过HTTP协议展现给客户端。  
配置：

server {
        listen 80; # 端口号
        location / {
            root /usr/share/nginx/html; # 静态文件路径
        }
    }

## 反向代理服务器 ##

**什么是反向代理？**

客户端本来可以直接通过HTTP协议访问某网站应用服务器，如果网站管理员在中间加上一个Nginx，客户端请求Nginx，Nginx请求应用服务器，然后将结果返回给客户端，此时Nginx就是反向代理服务器。

![2007846-74dbdd4cf1c8f003][]

**反向代理配置：**

server {
        listen 80;
        location / {
            proxy_pass http://192.168.0.112:8080; # 应用服务器HTTP地址
        }
    }

既然服务器可以直接HTTP访问，为什么要在中间加上一个反向代理，不是多此一举吗？反向代理有什么作用？继续往下看，下面的负载均衡、虚拟主机，都基于反向代理实现，当然反向代理的功能也不仅仅是这些。

## 负载均衡 ##

当网站访问量非常大，也摊上事儿了。因为网站越来越慢，一台服务器已经不够用了。于是将相同的应用部署在多台服务器上，将大量用户的请求分配给多台机器处理。同时带来的好处是，其中一台服务器万一挂了，只要还有其他服务器正常运行，就不会影响用户使用。  
Nginx可以通过反向代理来实现负载均衡。

![Image 1][]

**负载均衡配置：**

在 ** ** vim /etc/nginx/nginx.conf 配置文件http内

upstream myapp {
        server 39.106.191.226:8000; # 应用服务器1
        server 39.97.119.81:8001; # 应用服务器2
    }

在 vim /etc/nginx/conf.d/default.conf 服务配置呢把设置好的应用服务器

server {
        listen 80;
        location / {
            proxy_pass myweb;
        }
    }

## 虚拟主机 ##

有的网站访问量大，需要负载均衡。然而并不是所有网站都如此出色，有的网站，由于访问量太小，需要节省成本，将多个网站部署在同一台服务器上。

例如将[www.aaa.com][]和[www.bbb.com][]两个网站部署在同一台服务器上，两个域名解析到同一个IP地址，但是用户通过两个域名却可以打开两个完全不同的网站，互相不影响，就像访问两个服务器一样，所以叫两个虚拟主机。

配置：

server {
        listen 80 default_server;
        server_name _;
        return 444; # 过滤其他域名的请求，返回444状态码
    }
    server {
        listen 80;
        server_name www.aaa.com; # www.aaa.com域名
        location / {
            proxy_pass http://localhost:8080; # 对应端口号8080
        }
    }
    server {
        listen 80;
        server_name www.bbb.com; # www.bbb.com域名
        location / {
            proxy_pass http://localhost:8081; # 对应端口号8081
        }
    }

在服务器8080和8081分别开了一个应用，客户端通过不同的域名访问，根据server\_name可以反向代理到对应的应用服务器。

虚拟主机的原理是通过HTTP请求头中的Host是否匹配server\_name来实现的，有兴趣的同学可以研究一下HTTP协议。

另外，server\_name配置还可以过滤有人恶意将某些域名指向你的主机服务器。

## FastCGI ##

Nginx本身不支持PHP等语言，但是它可以通过FastCGI来将请求扔给某些语言或框架处理（例如PHP、Python、Perl）。

server {
        listen 80;
        location ~ \.php$ {
            include fastcgi_params;
            fastcgi_param SCRIPT_FILENAME /PHP文件路径$fastcgi_script_name; # PHP文件路径
            fastcgi_pass 127.0.0.1:9000; # PHP-FPM地址和端口号
            # 另一种方式：fastcgi_pass unix:/var/run/php5-fpm.sock;
        }
    }

配置中将.php结尾的请求通过FashCGI交给PHP-FPM处理，PHP-FPM是PHP的一个FastCGI管理器。有关FashCGI可以查阅其他资料，本篇不再介绍。

fastcgi\_pass和proxy\_pass有什么区别？

下面一张图带你看明白：

![Image 2][]

# Nginx常用命令 #

## 1. 启动 Nginx ##

poechant@ubuntu:sudo ./sbin/nginx

## 2. 停止 Nginx ##

poechant@ubuntu:sudo ./sbin/nginx -s stoppoechant@ubuntu:sudo ./sbin/nginx -s quit

\-s都是采用向 Nginx 发送信号的方式。

## 3. Nginx 重载配置 ##

poechant@ubuntu:sudo ./sbin/nginx -s reload

上述是采用向 Nginx 发送信号的方式，或者使用：

poechant@ubuntu:service nginx reload

## 4. 指定配置文件 ##

poechant@ubuntu:sudo ./sbin/nginx -c /usr/local/nginx/conf/nginx.conf

\-c表示configuration，指定配置文件。

## 5. 查看 Nginx 版本 ##

有两种可以查看 Nginx 的版本信息的参数。第一种如下：

poechant@ubuntu:/usr/local/nginx$ ./sbin/nginx -v
    nginx: nginx version: nginx/1.0.0

另一种显示的是详细的版本信息：

poechant@ubuntu:/usr/local/nginx$ ./sbin/nginx -V
    nginx: nginx version: nginx/1.0.0
    nginx: built by gcc 4.3.3 (Ubuntu 4.3.3-5ubuntu4) 
    nginx: TLS SNI support enabled
    nginx: configure arguments: --with-http_ssl_module --with-openssl=/home/luming/openssl-1.0.0d/

## 6. 检查配置文件是否正确 ##

poechant@ubuntu:/usr/local/nginx$ ./sbin/nginx -t
    nginx: [alert] could not open error log file: open() "/usr/local/nginx/logs/error.log" failed (13: Permission denied)
    nginx: the configuration file /usr/local/nginx/conf/nginx.conf syntax is ok
    2012/01/09 16:45:09 [emerg] 23898#0: open() "/usr/local/nginx/logs/nginx.pid" failed (13: Permission denied)
    nginx: configuration file /usr/local/nginx/conf/nginx.conf test failed

如果出现如上的提示信息，表示没有访问错误日志文件和进程，可以sudo（super user do）一下：

poerchant@ubuntu:/usr/local/nginx$ sudo ./sbin/nginx -t
    nginx: the configuration file /usr/local/nginx/conf/nginx.conf syntax is ok
    nginx: configuration file /usr/local/nginx/conf/nginx.conf test is successful

如果显示如上，则表示配置文件正确。否则，会有相关提示。

## 7. 显示帮助信息 ##

poechant@ubuntu:/user/local/nginx$ ./sbin/nginx -h

或者：

poechant@ubuntu:/user/local/nginx$ ./sbin/nginx -?

以上这些涵盖了 Nginx 日常维护的所有基本操作，另外还有向 master 进程发送信号的相关命令，我们会在后续看到。

# 初探nginx架构 #

## 进程模型 ##

众所周知，nginx性能高，而nginx的高性能与其架构是分不开的。那么nginx究竟是怎么样的呢？这一节我们先来初识一下nginx框架吧。

nginx在启动后，在unix系统中会以daemon的方式在后台运行，后台进程包含一个master进程和多个worker进程。我们也可以手动地关掉后台模式，让nginx在前台运行，并且通过配置让nginx取消master进程，从而可以使nginx以单进程方式运行。

很显然，生产环境下我们肯定不会这么做，所以关闭后台模式，一般是用来调试用的，在后面的章节里面，我们会详细地讲解如何调试nginx。所以，我们可以看到，nginx是以多进程的方式来工作的，当然nginx也是支持多线程的方式的，只是我们主流的方式还是多进程的方式，也是nginx的默认方式。nginx采用多进程的方式有诸多好处，所以我就主要讲解nginx的多进程模式吧。

刚才讲到，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，包含：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，当worker进程退出后(异常情况下)，会自动重新启动新的worker进程。而基本的网络事件，则是放在worker进程中来处理了。多个worker进程之间是对等的，他们同等竞争来自客户端的请求，各进程互相之间是独立的。一个请求，只可能在一个worker进程中处理，一个worker进程，不可能处理其它进程的请求。worker进程的个数是可以设置的，一般我们会设置与机器cpu核数一致，这里面的原因与nginx的进程模型以及事件处理模型是分不开的。nginx的进程模型，可以由下图来表示：

![Image 3][]

### nginx进程操作 ###

在nginx启动后，如果我们要操作nginx，要怎么做呢？

从上文中我们可以看到，master来管理worker进程，所以我们只需要与master进程通信就行了。master进程会接收来自外界发来的信号，再根据信号做不同的事情。所以我们要控制nginx，只需要通过kill向master进程发送信号就行了。

比如kill -HUP pid，则是告诉nginx，从容地重启nginx，我们一般用这个信号来重启nginx，或重新加载配置，因为是从容地重启，因此服务是不中断的。

master进程在接收到HUP信号后是怎么做的呢？首先master进程在接到信号后，会先重新加载配置文件，然后再启动新的worker进程，并向所有老的worker进程发送信号，告诉他们可以光荣退休了。新的worker在启动后，就开始接收新的请求，而老的worker在收到来自master的信号后，就不再接收新的请求，并且在当前进程中的所有未处理完的请求处理完成后，再退出。

当然，直接给master进程发送信号，这是比较老的操作方式，nginx在0.8版本之后，引入了一系列命令行参数，来方便我们管理。比如，./nginx -s reload，就是来重启nginx，./nginx -s stop，就是来停止nginx的运行。如何做到的呢？我们还是拿reload来说，我们看到，执行命令时，我们是启动一个新的nginx进程，而新的nginx进程在解析到reload参数后，就知道我们的目的是控制nginx来重新加载配置文件了，它会向master进程发送信号，然后接下来的动作，就和我们直接向master进程发送信号一样了。

## 事件模型 ##

现在，我们知道了当我们在操作nginx的时候，nginx内部做了些什么事情，那么，worker进程又是如何处理请求的呢？我们前面有提到，worker进程之间是平等的，每个进程，处理请求的机会也是一样的。当我们提供80端口的http服务时，一个连接请求过来，每个进程都有可能处理这个连接，怎么做到的呢？

首先，每个worker进程都是从master进程fork过来，在master进程里面，先建立好需要listen的socket（listenfd）之后，然后再fork出多个worker进程。所有worker进程的listenfd会在新连接到来时变得可读，为保证只有一个进程处理该连接，所有worker进程在注册listenfd读事件前抢accept\_mutex，抢到互斥锁的那个进程注册listenfd读事件，在读事件里调用accept接受该连接。当一个worker进程在accept这个连接之后，就开始读取请求，解析请求，处理请求，产生数据后，再返回给客户端，最后才断开连接，这样一个完整的请求就是这样的了。我们可以看到，一个请求，完全由worker进程来处理，而且只在一个worker进程中处理。

那么，nginx采用这种进程模型有什么好处呢？当然，好处肯定会很多了。首先，对于每个worker进程来说，独立的进程，不需要加锁，所以省掉了锁带来的开销，同时在编程以及问题查找时，也会方便很多。其次，采用独立的进程，可以让互相之间不会影响，一个进程退出后，其它进程还在工作，服务不会中断，master进程则很快启动新的worker进程。当然，worker进程的异常退出，肯定是程序有bug了，异常退出，会导致当前worker上的所有请求失败，不过不会影响到所有请求，所以降低了风险。当然，好处还有很多，大家可以慢慢体会。

### nginx事件处理 ###

上面讲了很多关于nginx的进程模型，接下来，我们来看看nginx是如何处理事件的。

有人可能要问了，nginx采用多worker的方式来处理请求，每个worker里面只有一个主线程，那能够处理的并发数很有限啊，多少个worker就能处理多少个并发，何来高并发呢？非也，这就是nginx的高明之处，nginx采用了异步非阻塞的方式来处理请求，也就是说，nginx是可以同时处理成千上万个请求的。

想想apache的常用工作方式（apache也有异步非阻塞版本，但因其与自带某些模块冲突，所以不常用），每个请求会独占一个工作线程，当并发数上到几千时，就同时有几千的线程在处理请求了。这对操作系统来说，是个不小的挑战，线程带来的内存占用非常大，线程的上下文切换带来的cpu开销很大，自然性能就上不去了，而这些开销完全是没有意义的。

为什么nginx可以采用异步非阻塞的方式来处理呢，或者异步非阻塞到底是怎么回事呢？

我们先回到原点，看看一个请求的完整过程。首先，请求过来，要建立连接，然后再接收数据，接收数据后，再发送数据。具体到系统底层，就是读写事件，而当读写事件没有准备好时，必然不可操作，如果不用非阻塞的方式来调用，那就得阻塞调用了，事件没有准备好，那就只能等了，等事件准备好了，你再继续吧。

阻塞调用会进入内核等待，cpu就会让出去给别人用了，对单线程的worker来说，显然不合适，当网络事件越多时，大家都在等待呢，cpu空闲下来没人用，cpu利用率自然上不去了，更别谈高并发了。好吧，你说加进程数，这跟apache的线程模型有什么区别，注意，别增加无谓的上下文切换。所以，在nginx里面，最忌讳阻塞的系统调用了。

不要阻塞，那就非阻塞喽。非阻塞就是，事件没有准备好，马上返回EAGAIN，告诉你，事件还没准备好呢，你慌什么，过会再来吧。好吧，你过一会，再来检查一下事件，直到事件准备好了为止，在这期间，你就可以先去做其它事情，然后再来看看事件好了没。虽然不阻塞了，但你得不时地过来检查一下事件的状态，你可以做更多的事情了，但带来的开销也是不小的。

所以，才会有了异步非阻塞的事件处理机制，具体到系统调用就是像select/poll/epoll/kqueue这样的系统调用。它们提供了一种机制，让你可以同时监控多个事件，调用他们是阻塞的，但可以设置超时时间，在超时时间之内，如果有事件准备好了，就返回。

这种机制正好解决了我们上面的两个问题，拿epoll为例(在后面的例子中，我们多以epoll为例子，以代表这一类函数)，当事件没准备好时，放到epoll里面，事件准备好了，我们就去读写，当读写返回EAGAIN时，我们将它再次加入到epoll里面。这样，只要有事件准备好了，我们就去处理它，只有当所有事件都没准备好时，才在epoll里面等着。这样，我们就可以并发处理大量的并发了，当然，这里的并发请求，是指未处理完的请求，线程只有一个，所以同时能处理的请求当然只有一个了，只是在请求间进行不断地切换而已，切换也是因为异步事件未准备好，而主动让出的。这里的切换是没有任何代价，你可以理解为循环处理多个准备好的事件，事实上就是这样的。

与多线程相比，这种事件处理方式是有很大的优势的，不需要创建线程，每个请求占用的内存也很少，没有上下文切换，事件处理非常的轻量级。并发数再多也不会导致无谓的资源浪费（上下文切换）。更多的并发数，只是会占用更多的内存而已。 我之前有对连接数进行过测试，在24G内存的机器上，处理的并发请求数达到过200万。现在的网络服务器基本都采用这种方式，这也是nginx性能高效的主要原因。

我们之前说过，推荐设置worker的个数为cpu的核数，在这里就很容易理解了，更多的worker数，只会导致进程来竞争cpu资源了，从而带来不必要的上下文切换。而且，nginx为了更好的利用多核特性，提供了cpu亲缘性的绑定选项，我们可以将某一个进程绑定在某一个核上，这样就不会因为进程的切换带来cache的失效。像这种小的优化在nginx中非常常见，同时也说明了nginx作者的苦心孤诣。比如，nginx在做4个字节的字符串比较时，会将4个字符转换成一个int型，再作比较，以减少cpu的指令数等等。

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