第二章 Nginx架构介绍学习笔记

朱雀 2021-11-09 04:34 317阅读 0赞

# **一、Nginx简介** #

## **1、什么是 Nginx** ##

Nginx是俄罗斯人编写的十分轻量级的HTTP服务器，Nginx它的发音为“engine X”，是一个高性能的HTTP和反向代理服务器，同时也是一个IMAP/POP3/SMTP代理服务器。

Nginx因为它的稳定性、丰富的模块库、灵活的配置和低系统资源的消耗而闻名，业界一致认为它是 Apache2.2＋mod\_proxy\_balancer的轻量级代替者，不仅是因为响应静态页面的速度非常快，而且它的模块数量达到Apache的近2/3。对proxy和rewrite模块的支持很彻底，还支持mod\_fcgi、ssl、vhosts，适合用来做mongrel clusters 的前端HTTP响应。

目前Nginx在国内很多大型企业都有应用，且普及率呈逐年上升趋势。选择Nginx的理由也很简单：

*  第一，它可以支持5W高并发连接；
 *  第二，内存消耗少；
 *  第三，成本低。

### **2、nginx有什么作用?** ###

1）负载均衡(可以减轻单台服务器的压力)

2）反向代理(隐藏企业真实的ip地址)

3）搭建虚拟服务器

4）用做静态服务器(实现动静分离)

5）nginx性能高、体积小、能支撑的并发量很高

6）ddos攻击可以使用nginx解决

7）解决ajax跨域问题

## **3、Nginx在架构中发挥的作用** ##

网关：面向客户的总入口。

虚拟主机：一台机器为不同的域名/ip/端口提供服务

路由：使用反向代理，整合后续服务为一个完整业务

静态服务器：mvvm模式中，用来发布前端html/css/js/img

负载集群：使用upstream，负载多个tomcat

### **4、nginx应用场景** ###

1）http服务器。Nginx是一个http服务可以独立提供http服务。可以做网页静态服务器。

2）虚拟主机。可以实现在一台服务器虚拟出多个网站。例如个人网站使用的虚拟主机。

3）反向代理，负载均衡。在安全架构中，使用反向代理可以隐藏企业真实ip地址，安全性高。当网站的访问量达到一定程度后，单台服务器不能满足用户的请求时，需要用多台服务器集群可以使用nginx做负载均衡，并且多台服务器可以平均分担负载，不会因为某台服务器负载高宕机而某台服务器闲置的情况。

4）nginx搭建企业级api接口网关，可以解决跨域问题。

5）安全架构中可以使用nginx防ddos流量攻击。

# **二、Nginx架构设计** #

## **1、Nginx的模块化设计** ##

高度模块化的设计是Nginx的架构基础，Nginx服务器被分解为多个模块，每个模块就是一个功能模块，只负责自身的功能，模块之间严格遵循“高内聚，低耦合”的原则。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L20wXzM3NjYxNDU4_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

**核心模块****：**核心模块是 Nginx 服务器正常运行必不可少的模块，提供错误日志记录、配置文件解析、事件驱动机制、进程管理等核心功能。

**标准 HTTP 模块****：**标准 HTTP 模块提供 HTTP 协议解析相关的功能，如：端口配置、网页编码设置、HTTP 响应头设置等。

**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：Flash 多媒体传输、解析 GeoIP 请求、SSL 支持等。

**邮件服务模块****：**邮件服务模块主要用于支持 Nginx 的邮件服务，包括对 POP3 协议、IMAP 协议和 SMTP 协议的支持。

**第三方模块****：**第三方模块是为了扩展 Nginx 服务器应用，完成开发者自定义功能，如：Json 支持、Lua 支持等。

## **2、Nginx多进程模型 ** ##

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L20wXzM3NjYxNDU4_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

1）服务器每当收到一个客户端时，就有服务器主进程（master process）生成一个子进程（worker  process）出来和客户端建立连接进行交互，直到连接断开，该子进程结束。

2）使用进程的好处是各个进程之间相互独立，不需要加锁，减少了使用锁对性能造成影响，同时降低编程的复杂度，降低开发成本。

其次，采用独立的进程，可以让进程互相之间不会影响，如果一个进程发生异常退出时，其它进程正常工作，master进程则很快启动新的worker进程，确保服务不中断，将风险降到最低。

缺点是操作系统生成一个子进程需要进行内存复制等操作，在资源和时间上会产生一定的开销；当有大量请求时，会导致系统性能下降。

## **3、Nginx的epoll模式** ##

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L20wXzM3NjYxNDU4_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

select和poll的处理模式如上图：

在某一时刻，进程收集所有的连接，其实这100万连接中大部分是没有事件发生的。因此，如果每次收集事件时，都把这100万连接的套接字传给操作系统（这首先就是用户态内存到内核内存的大量复制），而由操作系统内核寻找这些链接上没有处理的事件，将会是巨大的浪费。而epoll改进了收集连接的动作，提高效率。

epoll的优点：

*  支持一个进程打开大数目的socket描述符(FD)
 *  IO效率不随FD数目增加而线性下降
 *  使用mmap加速内核与用户空间的消息传递

## **4、正向代理与反向代理** ##

1）代理：意思是一个位于客户端和原始服务器(origin server)之间的服务器，为了从原始服务器取得内容，客户端向代理发送一个请求并指定目标(原始服务器)，然后代理向原始服务器转交请求并将获得的内容返回给客户端。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L20wXzM3NjYxNDU4_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

2）反向代理，服务端推出的一个代理招牌。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L20wXzM3NjYxNDU4_size_16_color_FFFFFF_t_70 4][]

# **四、nginx安装配置** #

## **1、源码编译方式：** ##

安装make：yum -y install autoconf automake make

安装g++: yum -y install gcc gcc-c++

\#一般系统中已经装了了make和g++，无须再装

> yum -y install pcre pcre-devel    
> 
> yum -y install zlib zlib-devel
> 
> yum install -y openssl openssl-devel

\#安装nginx依赖的库

> wget  [http://nginx.org/download/nginx-1.9.15.tar.gz][http_nginx.org_download_nginx-1.9.15.tar.gz]
> 
> tar -zxvf nginx-1.9.0.tar.gz
> 
> cd nginx-1.9.0
> 
> ./configure --prefix=/usr/local/nginx --with-http\_stub\_status\_module --with-http\_ssl\_module

\#配置

> \# --prefix指定安装目录
> 
> \# --with-http\_ssl\_module安装https模块 启用命令（安装完默认没启动）
> 
> \# creating objs/Makefile 代表编译成功
> 
> make && make install 
> 
> \#make编译
> 
> \#make install安装

![20190804223222991.png][]

环境变量配置：

一般安装完需要配置Nginx的环境变量：

> vi /etc/profile
> 
> 添加：export PATH=$PATH:/usr/local/nginx/sbin/

编译配置文件：

source /etc/profile

![20190804223257939.png][]

## **2、yum方式：** ##

centos6：

> yum install epel-release -y   \#yum扩展源
> 
> yum install nginx -y

## **3、Nginx目录结构：** ##

Conf  配置文件

Html   网页文件

Logs   日志文件

Sbin    二进制程序

## **4、Nginx常用命令** ##

启停命令：

nginx -c nginx.conf的文件。如果不指定，默认为NGINX\_HOME/conf/nginx.conf

nginx -s stop  停止

nginx -s quit退出

nginx -s reload 重新加载nginx.conf

# **五、nginx模型概念：** #

Nginx会按需同时运行多个进程：一个主进程(master)和几个工作进程(worker)，配置了缓存时还会有缓存加载器进程(cache loader)和缓存管理器进程(cache manager)等。

所有进程均是仅含有一个线程，并主要通过“共享内存”的机制实现进程间通信。主进程以root用户身份运行，而worker、cache loader和cache manager均应以非特权用户身份（user配置项）运行。

## **1、主进程主要完成如下工作：** ##

*  读取并验正配置信息；
 *  创建、绑定及关闭套接字；
 *  启动、终止及维护worker进程的个数；
 *  无须中止服务而重新配置工作特性；
 *  重新打开日志文件；

## **2、worker进程主要完成的任务包括：** ##

*  接收、传入并处理来自客户端的连接；
 *  提供反向代理及过滤功能；
 *  nginx任何能完成的其它任务；

# **六、nginx.conf配置文件结构** #

配置文件目录：/usr/local/nginx/conf/nginx.conf

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L20wXzM3NjYxNDU4_size_16_color_FFFFFF_t_70 5][]

> \#user  nobody;  \#主模块命令， 指定Nginx的worker进程运行用户以及用户组，默认由nobody账号运行。
> 
> worker\_processes  1;\#指定Nginx要开启的进程数。
> 
> worker\_rlimit\_nofile 100000;  \#worker进程的最大打开文件数限制
> 
> \#error\_log  logs/error.log;
> 
> \#error\_log  logs/error.log  notice;
> 
> \#error\_log  logs/error.log  info;
> 
> \#pid        logs/nginx.pid;
> 
> events \{
> 
> use epoll;
> 
> worker\_connections  1024;
> 
> \}
> 
> /\*
> 
>   以上这块配置代码是对nginx全局属性的配置。
> 
>   user :主模块命令， 指定Nginx的worker进程运行用户以及用户组，默认由nobody账号运行。       
> 
>   worker\_processes: 指定Nginx要开启的进程数。
> 
>   error log:用来定义全局错设日志文件的路径和日志名称。
> 
> 日志输出级别有debug，info，notice，warn，error，crit 可供选择，其中debug输出日志最为详细，面crit（严重）输出日志最少。默认是error
> 
>   pid: 用来指定进程id的存储文件位置。
> 
>   event：设定nginx的工作模式及连接数上限，其中参数use用来指定nginx的工作模式（这里是epoll，epoll是多路复用IO(I/O Multiplexing)中的一种方式）,
> 
> nginx支持的工作模式有select ,poll,kqueue,epoll,rtsig,/dev/poll。
> 
> 其中select和poll都是标准的工作模式，kqueue和epoll是高效的工作模式，对于linux系统，epoll是首选。
> 
> worker\_connection是设置nginx每个进程最大的连接数，默认是1024，所以nginx最大的连接数max\_client=worker\_processes \* worker\_connections。
> 
> 进程最大连接数受到系统最大打开文件数的限制，需要设置ulimit。
> 
> \*/
> 
> \# 下面部分是nginx对http服务器相关属性的设置
> 
> http \{
> 
> include  mime.types;    主模块命令，对配置文件所包含文件的设定，减少主配置文件的复杂度，相当于把部分设置放在别的地方，然后在包含进来，保持主配置文件的简洁
> 
> default\_type  application/octet-stream; 默认文件类型，当文件类型未定义时候就使用这类设置的。
> 
> \# log\_format  main  '$remote\_addr - $remote\_user \[$time\_local\] "$request" '   指定nginx日志的格式
> 
> \# '$status $body\_bytes\_sent "$http\_referer" '
> 
> \# '"$http\_user\_agent" "$http\_x\_forwarded\_for"';
> 
> \# access\_log  logs/access.log  main;
> 
> sendfile on; 开启高效文件传输模式（zero copy 方式），避免内核缓冲区数据和用户缓冲区数据之间的拷贝。
> 
> \# tcp\_nopush     on;  开启TCP\_NOPUSH套接字（sendfile开启时有用）
> 
> \# keepalive\_timeout  0;   客户端连接超时时间
> 
> keepalive\_timeout  65;
> 
> \# gzip  on;             设置是否开启gzip模块
> 
> \#下面是server段虚拟主机的配置
> 
> server \{
> 
>         listen       80;   虚拟主机的服务端口
> 
>         server\_name  localhost;   用来指定ip或者域名，多个域名用逗号分开
> 
>         \#charset koi8-r;
> 
>         location / \{        
> 
>        \#地址匹配设置，支持正则匹配，也支持条件匹配，这里是默认请求地址，用户可以location命令对nginx进行动态和静态网页过滤处理
> 
>         root   html;              虚拟主机的网页根目录
> 
>           index  index.html index.htm;   默认访问首页文件
> 
>         \}
> 
>         \#error\_page  404              /404.html;
> 
>         \# redirect server error pages to the static page /50x.html        
> 
>         error\_page   500 502 503 504  /50x.html;
> 
>         location = /50x.html \{
> 
>             root   html;
> 
>         \}     
> 
> \}

不同子域名配置使用不同的配置文件

例如：a.conf，b.conf，c.conf分别对应三个子域名，则需要将他们放到/etc/nginx/目录下面，然后主配置文件nginx.conf（/usr/local/nginx/conf）里面删除所有server配置，加入include关键字引入自配置文件（a.conf，b.conf，c.conf）

> \[root@localhost conf\]\# nginx -s reload
> 
> \[root@localhost conf\]\# 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

## **七、Nginx日志** ##

Nginx日志对于统计、系统服务排错很有用。

Nginx日志主要分为两种：access\_log(访问日志)和error\_log(错误日志)。

通过访问日志我们可以得到用户的IP地址、浏览器的信息，请求的处理时间等信息。

错误日志记录了访问出错的信息，可以帮助我们定位错误的原因。

因此，将日志好好利用，可以得到很多有价值的信息。

查看日志命令：

> tail -f /usr/local/nginx/logs/access.log

### **1、设置access\_log** ###

访问日志主要记录客户端的请求。客户端向Nginx服务器发起的每一次请求都记录在这里。客户端IP，浏览器信息，referer，请求处理时间，请求URL等都可以在访问日志中得到。当然具体要记录哪些信息，你可以通过log\_format指令定义。

语法：

> access\_log path \[format \[buffer=size\] \[gzip\[=level\]\] \[flush=time\] \[if=condition\]\]; \# 设置访问日志
> 
> access\_log off; \# 关闭访问日志

path 指定日志的存放位置。

format 指定日志的格式。默认使用预定义的combined。

buffer 用来指定日志写入时的缓存大小。默认是64k。

gzip 日志写入前先进行压缩。压缩率可以指定，从1到9数值越大压缩比越高，同时压缩的速度也越慢。默认是1。

flush 设置缓存的有效时间。如果超过flush指定的时间，缓存中的内容将被清空。

if 条件判断。如果指定的条件计算为0或空字符串，那么该请求不会写入日志。

另外，还有一个特殊的值off。如果指定了该值，当前作用域下的所有的请求日志都被关闭。

示例

> http \{
> 
>     include       mime.types;
> 
>     default\_type  application/octet-stream;
> 
>     log\_format  main  '$remote\_addr - $remote\_user \[$time\_local\] "$request" '
> 
>                       '$status $body\_bytes\_sent "$http\_referer" '
> 
>                       '"$http\_user\_agent" "$http\_x\_forwarded\_for"';
> 
> \#\#日志格式使用默认的combined，指定日志的缓存大小为32k，日志写入前启用gzip进行压缩，压缩比使用默认值1，缓存数据有效时间为1分钟。
> 
>     access\_log /var/logs/nginx-access.log buffer=32k gzip flush=1m;  
> 
>     ...
> 
> \}

作用域

access\_log指令的作用域分别有http，server，location。

### **2、log\_format自定义格式** ###

默认的日志格式

> log\_format  main  '$remote\_addr - $remote\_user \[$time\_local\] "$request" '
> 
>                       '$status $body\_bytes\_sent "$http\_referer" '
> 
>                       '"$http\_user\_agent" "$http\_x\_forwarded\_for"';

各参数明细表：

<table style="margin-left:3.9pt;width:336.5pt;"> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td style="width:119pt;"> $remote_addr </td> 
 <td style="width:217.5pt;"> 客户端的ip地址(代理服务器，显示代理服务ip) </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="width:119pt;"> $remote_user </td> 
 <td style="width:217.5pt;"> 用于记录远程客户端的用户名称（一般为“-”） </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="width:119pt;"> $time_local </td> 
 <td style="width:217.5pt;"> 用于记录访问时间和时区 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="width:119pt;"> $request </td> 
 <td style="width:217.5pt;"> 用于记录请求的url以及请求方法 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="width:119pt;"> $status </td> 
 <td style="width:217.5pt;"> 响应状态码，例如：200成功、404页面找不到等。 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="width:119pt;"> $body_bytes_sent </td> 
 <td style="width:217.5pt;"> 给客户端发送的文件主体内容字节数 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="width:119pt;"> $http_user_agent </td> 
 <td style="width:217.5pt;"> 用户所使用的代理（一般为浏览器） </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="width:119pt;"> $http_x_forwarded_for </td> 
 <td style="width:217.5pt;"> 可以记录客户端IP，通过代理服务器来记录客户端的ip地址 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="width:119pt;"> $http_referer </td> 
 <td style="width:217.5pt;"> 可以记录用户是从哪个链接访问过来的 </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

### **3、设置error\_log** ###

错误日志在Nginx中是通过error\_log指令实现的。该指令记录服务器和请求处理过程中的错误信息。

错误日志不支持自定义。

语法；

error\_log path \[level\];

*  path参数指定日志的写入位置。
 *  level参数指定日志的级别（不写为全部）。

level可以是debug, info, notice, warn, error, crit, alert,emerg中的任意值（等级从低到高排列）。

只有日志的错误级别等于或高于level指定的值才会写入错误日志中。默认值是error。

示例;

> error\_log  logs/error.log; 
> 
> error\_log  logs/error\_notice.log  notice;
> 
> error\_log  logs/error\_info.log  info; \#\#可以将不同的错误类型分开存储

### **4、日志配置和及切割** ###

> /etc/init.d/rsyslog start  \#系统日志，如不开启，看不到定时任务日志
> 
> /etc/rc.d/init.d/crond start \#定时任务开启

**编写sh：**

> \#!/bin/bash
> 
> \#设置日志文件存放目录
> 
> LOG\_HOME="/usr/local/nginx/logs/"
> 
> \#备分文件名称
> 
> LOG\_PATH\_BAK="$(date -d yesterday +%Y%m%d%H%M)"
> 
> \#重命名日志文件
> 
> mv $\{LOG\_HOME\}/access.log $\{LOG\_HOME\}/access.$\{LOG\_PATH\_BAK\}.log
> 
> mv $\{LOG\_HOME\}/error.log $\{LOG\_HOME\}/error.$\{LOG\_PATH\_BAK\}.log
> 
> \#向nginx主进程发信号重新打开日志
> 
> kill -USR1 \`cat $\{LOG\_HOME\}/nginx.pid\`

**配置cron：**

设置定时任务命令：crontab -e

> \*/1 \* \* \* \* /etc/nginx/ngx\_logs.sh  \#\# 每一分钟切割一次日志

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