nginx应用总结（2）--突破高并发的性能优化

电玩女神 2022-05-19 05:06 202阅读 0赞

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在日常的运维工作中，经常会用到nginx服务，也时常会碰到nginx因高并发导致的性能瓶颈问题。今天这里简单梳理下nginx性能优化的配置（仅仅依据本人的实战经验而述，如有不妥，敬请指出~）

一、这里的优化主要是指对nginx的配置优化，一般来说nginx配置文件中对优化比较有作用的主要有以下几项：  
1）nginx进程数，建议按照cpu数目来指定，一般跟cpu核数相同或为它的倍数。  
worker\_processes 8;  
2）为每个进程分配cpu，上例中将8个进程分配到8个cpu，当然可以写多个，或者将一个进程分配到多个cpu。  
worker\_cpu\_affinity 00000001 00000010 00000100 00001000 00010000 00100000 01000000 10000000;  
3）下面这个指令是指当一个nginx进程打开的最多文件描述符数目，理论值应该是系统的最多打开文件数（ulimit -n）与nginx进程数相除，但是nginx分配请求并不是那么均匀，所以最好与ulimit -n的值保持一致。  
worker\_rlimit\_nofile 65535;  
4）使用epoll的I/O模型，用这个模型来高效处理异步事件  
use epoll;  
5）每个进程允许的最多连接数，理论上每台nginx服务器的最大连接数为worker\_processes\*worker\_connections。  
worker\_connections 65535;  
6）http连接超时时间，默认是60s，功能是使客户端到服务器端的连接在设定的时间内持续有效，当出现对服务器的后继请求时，该功能避免了建立或者重新建立连接。切记这个参数也不能设置过大！否则会导致许多无效的http连接占据着nginx的连接数，终nginx崩溃！  
keepalive\_timeout 60;  
7）客户端请求头部的缓冲区大小，这个可以根据你的系统分页大小来设置，一般一个请求的头部大小不会超过1k，不过由于一般系统分页都要大于1k，所以这里设置为分页大小。分页大小可以用命令getconf PAGESIZE取得。  
client\_header\_buffer\_size 4k;  
8）下面这个参数将为打开文件指定缓存，默认是没有启用的，max指定缓存数量，建议和打开文件数一致，inactive是指经过多长时间文件没被请求后删除缓存。  
open\_file\_cache max=102400 inactive=20s;  
9）下面这个是指多长时间检查一次缓存的有效信息。  
open\_file\_cache\_valid 30s;  
10）open\_file\_cache指令中的inactive参数时间内文件的最少使用次数，如果超过这个数字，文件描述符一直是在缓存中打开的，如上例，如果有一个文件在inactive时间内一次没被使用，它将被移除。  
open\_file\_cache\_min\_uses 1;

11）隐藏响应头中的有关操作系统和web server（Nginx）版本号的信息，这样对于安全性是有好处的。  
server\_tokens off;  
12）可以让sendfile()发挥作用。sendfile()可以在磁盘和TCP socket之间互相拷贝数据(或任意两个文件描述符)。Pre-sendfile是传送数据之前在用户空间申请数据缓冲区。之后用read()将数据从文件拷贝到这个缓冲区，write()将缓冲区数据写入网络。sendfile()是立即将数据从磁盘读到OS缓存。因为这种拷贝是在内核完成的，sendfile()要比组合read()和write()以及打开关闭丢弃缓冲更加有效(更多有关于sendfile)。  
sendfile on;  
13）告诉nginx在一个数据包里发送所有头文件，而不一个接一个的发送。就是说数据包不会马上传送出去，等到数据包最大时，一次性的传输出去，这样有助于解决网络堵塞。  
tcp\_nopush on;  
14）告诉nginx不要缓存数据，而是一段一段的发送--当需要及时发送数据时，就应该给应用设置这个属性，这样发送一小块数据信息时就不能立即得到返回值。  
tcp\_nodelay on;  
比如：  
http \{  
server\_tokens off;  
sendfile on;  
tcp\_nopush on;  
tcp\_nodelay on;  
......  
\}  
15）客户端请求头部的缓冲区大小，这个可以根据系统分页大小来设置，一般一个请求头的大小不会超过1k，不过由于一般系统分页都要大于1k，所以这里设置为分页大小。  
client\_header\_buffer\_size 4k;  
客户端请求头部的缓冲区大小，这个可以根据系统分页大小来设置，一般一个请求头的大小不会超过1k，不过由于一般系统分页都要大于1k，所以这里设置为分页大小。  
分页大小可以用命令getconf PAGESIZE取得。  
\[root@test-huanqiu ~\]\# getconf PAGESIZE  
4096  
但也有client\_header\_buffer\_size超过4k的情况，但是client\_header\_buffer\_size该值必须设置为“系统分页大小”的整倍数。  
16）为打开文件指定缓存，默认是没有启用的，max 指定缓存数量，建议和打开文件数一致，inactive 是指经过多长时间文件没被请求后删除缓存。  
open\_file\_cache max=65535 inactive=60s;  
17）open\_file\_cache 指令中的inactive 参数时间内文件的最少使用次数，如果超过这个数字，文件描述符一直是在缓存中打开的，如上例，如果有一个文件在inactive 时间内一次没被使用，它将被移除。  
open\_file\_cache\_min\_uses 1;  
18）指定多长时间检查一次缓存的有效信息。  
open\_file\_cache\_valid 80s;

\----------------------------------------------------------------  
下面是一个本人使用的简单的nginx配置文件：

[root@dev-huanqiu ~]# cat /usr/local/nginx/conf/nginx.conf
    user   www www;
    worker_processes 8;
    worker_cpu_affinity 00000001 00000010 00000100 00001000 00010000 00100000 01000000;
    error_log   /www/log/nginx_error.log   crit;
    pid         /usr/local/nginx/nginx.pid;
    worker_rlimit_nofile 65535;
     
    events
    {
       use epoll;
       worker_connections 65535;
    }
     
    http
    {
       include       mime.types;
       default_type   application/octet-stream;
     
       charset   utf-8;
     
       server_names_hash_bucket_size 128;
       client_header_buffer_size 2k;
       large_client_header_buffers 4 4k;
       client_max_body_size 8m;
     
       sendfile on;
       tcp_nopush     on;
     
       keepalive_timeout 60;
     
       fastcgi_cache_path /usr/local/nginx/fastcgi_cache levels=1:2
                     keys_zone=TEST:10m
                     inactive=5m;
       fastcgi_connect_timeout 300;
       fastcgi_send_timeout 300;
       fastcgi_read_timeout 300;
       fastcgi_buffer_size 16k;
       fastcgi_buffers 16 16k;
       fastcgi_busy_buffers_size 16k;
       fastcgi_temp_file_write_size 16k;
       fastcgi_cache TEST;
       fastcgi_cache_valid 200 302 1h;
       fastcgi_cache_valid 301 1d;
       fastcgi_cache_valid any 1m;
       fastcgi_cache_min_uses 1;
       fastcgi_cache_use_stale error timeout invalid_header http_500;  
       open_file_cache max=204800 inactive=20s;
       open_file_cache_min_uses 1;
       open_file_cache_valid 30s;  
     
       tcp_nodelay on;
       
       gzip on;
       gzip_min_length   1k;
       gzip_buffers     4 16k;
       gzip_http_version 1.0;
       gzip_comp_level 2;
       gzip_types       text/plain application/x-javascript text/css application/xml;
       gzip_vary on;
     
       server
       {
         listen       8080;
         server_name   huan.wangshibo.com;
         index index.php index.htm;
         root   /www/html/;
     
         location /status
         {
             stub_status on;
         }
     
         location ~ .*\.(php|php5)?$
         {
             fastcgi_pass 127.0.0.1:9000;
             fastcgi_index index.php;
             include fcgi.conf;
         }
     
         location ~ .*\.(gif|jpg|jpeg|png|bmp|swf|js|css)$
         {
           expires       30d;
         }
     
         log_format   access   '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
                   '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
                   '"$http_user_agent" $http_x_forwarded_for';
         access_log   /www/log/access.log   access;
           }
    }

二、关于FastCGI的几个指令

1）这个指令为FastCGI缓存指定一个路径，目录结构等级，关键字区域存储时间和非活动删除时间。  
fastcgi\_cache\_path /usr/local/nginx/fastcgi\_cache levels=1:2 keys\_zone=TEST:10m inactive=5m;  
2）指定连接到后端FastCGI的超时时间。  
fastcgi\_connect\_timeout 300;  
3）向FastCGI传送请求的超时时间，这个值是指已经完成两次握手后向FastCGI传送请求的超时时间。  
fastcgi\_send\_timeout 300;  
4）接收FastCGI应答的超时时间，这个值是指已经完成两次握手后接收FastCGI应答的超时时间。  
fastcgi\_read\_timeout 300;  
5）指定读取FastCGI应答第一部分 需要用多大的缓冲区，这里可以设置为fastcgi\_buffers指令指定的缓冲区大小，上面的指令指定它将使用1个 16k的缓冲区去读取应答的第一部分，即应答头，其实这个应答头一般情况下都很小（不会超过1k），但是你如果在fastcgi\_buffers指令中指 定了缓冲区的大小，那么它也会分配一个fastcgi\_buffers指定的缓冲区大小去缓存。  
fastcgi\_buffer\_size 16k;  
6）指定本地需要用多少和多大的缓冲区来 缓冲FastCGI的应答，如上所示，如果一个php脚本所产生的页面大小为256k，则会为其分配16个16k的缓冲区来缓存，如果大于256k，增大 于256k的部分会缓存到fastcgi\_temp指定的路径中， 当然这对服务器负载来说是不明智的方案，因为内存中处理数据速度要快于硬盘，通常这个值 的设置应该选择一个你的站点中的php脚本所产生的页面大小的中间值，比如你的站点大部分脚本所产生的页面大小为 256k就可以把这个值设置为16 16k，或者4 64k 或者64 4k，但很显然，后两种并不是好的设置方法，因为如果产生的页面只有32k，如果用4 64k它会分配1个64k的缓冲区去缓存，而如果使用64 4k它会分配8个4k的缓冲区去缓存，而如果使用16 16k则它会分配2个16k去缓存页面，这样看起来似乎更加合理。  
fastcgi\_buffers 16 16k;  
7）这个指令我也不知道是做什么用，只知道默认值是fastcgi\_buffers的两倍。  
fastcgi\_busy\_buffers\_size 32k;  
8）在写入fastcgi\_temp\_path时将用多大的数据块，默认值是fastcgi\_buffers的两倍。  
fastcgi\_temp\_file\_write\_size 32k;  
9）开启FastCGI缓存并且为其制定一个名称。个人感觉开启缓存非常有用，可以有效降低CPU负载，并且防止502错误。但是这个缓存会引起很多问题，因为它缓存的是动态页面。具体使用还需根据自己的需求。  
fastcgi\_cache TEST  
10）为指定的应答代码指定缓存时间，如上例中将200，302应答缓存一小时，301应答缓存1天，其他为1分钟。  
fastcgi\_cache\_valid 200 302 1h;  
fastcgi\_cache\_valid 301 1d;  
fastcgi\_cache\_valid any 1m;  
11）缓存在fastcgi\_cache\_path指令inactive参数值时间内的最少使用次数，如上例，如果在5分钟内某文件1次也没有被使用，那么这个文件将被移除。  
fastcgi\_cache\_min\_uses 1;  
12）不知道这个参数的作用，猜想应该是让nginx知道哪些类型的缓存是没用的。  
fastcgi\_cache\_use\_stale error timeout invalid\_header http\_500;

\-----------------------------------  
以上为nginx中FastCGI相关参数，  
另外，FastCGI自身也有一些配置需要进行优化，如果你使用php-fpm来管理FastCGI，可以修改配置文件中的以下值：  
1）同时处理的并发请求数，即它将开启最多60个子线程来处理并发连接。  
<value name="max\_children">60</value>  
2）最多打开文件数。  
<value name="rlimit\_files">65535</value>  
3）每个进程在重置之前能够执行的最多请求数。  
<value name="max\_requests">65535</value>

三、关于内核参数的优化，在/etc/sysctl.conf文件内  
1）timewait的数量，默认是180000。(Deven:因此如果想把timewait降下了就要把tcp\_max\_tw\_buckets值减小)  
net.ipv4.tcp\_max\_tw\_buckets = 6000  
2）允许系统打开的端口范围。  
net.ipv4.ip\_local\_port\_range = 1024 65000  
3）启用TIME-WAIT状态sockets快速回收功能;用于快速减少在TIME-WAIT状态TCP连接数。1表示启用;0表示关闭。但是要特别留意的是：这个选项一般不推荐启用，因为在NAT(Network Address Translation)网络下，会导致大量的TCP连接建立错误，从而引起网站访问故障。  
net.ipv4.tcp\_tw\_recycle = 0  
\----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------  
实际上，net.ipv4.tcp\_tw\_recycle功能的开启，要需要net.ipv4.tcp\_timestamps（一般系统默认是开启这个功能的）这个开关开启后才有效果；  
当tcp\_tw\_recycle 开启时（tcp\_timestamps 同时开启，快速回收 socket 的效果达到），对于位于NAT设备后面的 Client来说，是一场灾难！  
会导致到NAT设备后面的Client连接Server不稳定（有的 Client 能连接 server，有的 Client 不能连接 server）。  
也就是说，tcp\_tw\_recycle这个功能，是为内部网络（网络环境自己可控 ” ——不存在NAT 的情况）设计的，对于公网环境下，不宜使用。  
通常来说，回收TIME\_WAIT状态的socket是因为“无法主动连接远端”，因为无可用的端口，而不应该是要回收内存（没有必要）。  
即：需求是Client的需求，Server会有“端口不够用”的问题吗？  
除非是前端机，需要大量的连接后端服务，也就是充当着Client的角色。

正确的解决这个总是办法应该是：  
net.ipv4.ip\_local\_port\_range = 9000 6553 \#默认值范围较小  
net.ipv4.tcp\_max\_tw\_buckets = 10000 \#默认值较小，还可适当调小  
net.ipv4.tcp\_tw\_reuse = 1   
net.ipv4.tcp\_fin\_timeout = 10   
\----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

4）开启重用功能，允许将TIME-WAIT状态的sockets重新用于新的TCP连接。这个功能启用是安全的，一般不要去改动！  
net.ipv4.tcp\_tw\_reuse = 1  
5）开启SYN Cookies，当出现SYN等待队列溢出时，启用cookies来处理。  
net.ipv4.tcp\_syncookies = 1  
6）web应用中listen函数的backlog默认会给我们内核参数的net.core.somaxconn限制到128，而nginx定义的NGX\_LISTEN\_BACKLOG默认为511，所以有必要调整这个值。  
net.core.somaxconn = 262144  
7）每个网络接口接收数据包的速率比内核处理这些包的速率快时，允许送到队列的数据包的最大数目。  
net.core.netdev\_max\_backlog = 262144  
8）系统中最多有多少个TCP套接字不被关联到任何一个用户文件句柄上。如果超过这个数字，孤儿连接将即刻被复位并打印出警告信息。这个限制仅仅是为了防止简单的DoS攻击，不能过分依靠它或者人为地减小这个值，更应该增加这个值(如果增加了内存之后)。  
net.ipv4.tcp\_max\_orphans = 262144  
9）记录的那些尚未收到客户端确认信息的连接请求的最大值。对于有128M内存的系统而言，缺省值是1024，小内存的系统则是128。  
net.ipv4.tcp\_max\_syn\_backlog = 262144  
10）时间戳可以避免序列号的卷绕。一个1Gbps的链路肯定会遇到以前用过的序列号。时间戳能够让内核接受这种“异常”的数据包。  
net.ipv4.tcp\_timestamps = 1  
\-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------  
有不少服务器为了提高性能，开启net.ipv4.tcp\_tw\_recycle选项，在NAT网络环境下，容易导致网站访问出现了一些connect失败的问题  
个人建议：  
关闭net.ipv4.tcp\_tw\_recycle选项，而不是net.ipv4.tcp\_timestamps；  
因为在net.ipv4.tcp\_timestamps关闭的条件下，开启net.ipv4.tcp\_tw\_recycle是不起作用的；而net.ipv4.tcp\_timestamps可以独立开启并起作用。  
\-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------  
11）为了打开对端的连接，内核需要发送一个SYN并附带一个回应前面一个SYN的ACK。也就是所谓三次握手中的第二次握手。这个设置决定了内核放弃连接之前发送SYN+ACK包的数量。  
net.ipv4.tcp\_synack\_retries = 1  
12）在内核放弃建立连接之前发送SYN包的数量。  
net.ipv4.tcp\_syn\_retries = 1  
13）如果套接字由本端要求关闭，这个参数 决定了它保持在FIN-WAIT-2状态的时间。对端可以出错并永远不关闭连接，甚至意外当机。缺省值是60秒。2.2 内核的通常值是180秒，你可以按这个设置，但要记住的是，即使你的机器是一个轻载的WEB服务器，也有因为大量的死套接字而内存溢出的风险，FIN- WAIT-2的危险性比FIN-WAIT-1要小，因为它最多只能吃掉1.5K内存，但是它们的生存期长些。  
net.ipv4.tcp\_fin\_timeout = 30  
14）当keepalive起用的时候，TCP发送keepalive消息的频度。缺省是2小时。  
net.ipv4.tcp\_keepalive\_time = 30

\----------------------------------------------------------------------  
下面贴出一个本人常用的内核参数的标准配置  
\[root@dev-huanqiu ~\]\# cat /etc/sysctl.conf  
net.ipv4.ip\_forward = 0  
net.ipv4.conf.default.rp\_filter = 1  
net.ipv4.conf.default.accept\_source\_route = 0  
kernel.sysrq = 0  
kernel.core\_uses\_pid = 1  
net.ipv4.tcp\_syncookies = 1            //这四行标红内容，一般是发现大量TIME\_WAIT时的解决办法  
kernel.msgmnb = 65536  
kernel.msgmax = 65536  
kernel.shmmax = 68719476736  
kernel.shmall = 4294967296  
net.ipv4.tcp\_max\_tw\_buckets = 6000  
net.ipv4.tcp\_sack = 1  
net.ipv4.tcp\_window\_scaling = 1  
net.ipv4.tcp\_rmem = 4096 87380 4194304  
net.ipv4.tcp\_wmem = 4096 16384 4194304  
net.core.wmem\_default = 8388608  
net.core.rmem\_default = 8388608  
net.core.rmem\_max = 16777216  
net.core.wmem\_max = 16777216  
net.core.netdev\_max\_backlog = 262144  
net.core.somaxconn = 262144  
net.ipv4.tcp\_max\_orphans = 3276800  
net.ipv4.tcp\_max\_syn\_backlog = 262144  
net.ipv4.tcp\_timestamps = 1            //在net.ipv4.tcp\_tw\_recycle设置为1的时候，这个选择最好加上  
net.ipv4.tcp\_synack\_retries = 1  
net.ipv4.tcp\_syn\_retries = 1  
net.ipv4.tcp\_tw\_recycle = 1           //开启此功能可以减少TIME-WAIT状态，但是NAT网络模式下打开有可能会导致tcp连接错误，慎重。  
net.ipv4.tcp\_tw\_reuse = 1  
net.ipv4.tcp\_mem = 94500000 915000000 927000000  
net.ipv4.tcp\_fin\_timeout = 30  
net.ipv4.tcp\_keepalive\_time = 30  
net.ipv4.ip\_local\_port\_range = 1024 65000  
net.ipv4.ip\_conntrack\_max = 6553500

\-------------------------------------记一次小事故----------------------------------------------------  
net.ipv4.tcp\_tw\_recycle = 1 这个功能打开后，确实能减少TIME-WAIT状态，习惯上我都会将这个参数打开。  
但是也因为这个参数踩过一次坑：  
公司的一个发布新闻的CMS后台系统，采用haproxy+keepalived代理架构，后端的real server服务器外网ip全部拿掉。  
现象：在某一天早上发文高峰期，CMS后台出现访问故障，重启php服务后会立刻见效，但持续一段时间后，访问就又出现故障。  
排查nginx和php日志也没有发现什么，后来google了一下，发现就是net.ipv4.tcp\_tw\_recycle这个参数捣的鬼！  
这种网络架构对于后端的realserver来说是NAT模式，打开这个参数后，会导致大量的TCP连接建立错误，从而引起网站访问故障。  
最后将net.ipv4.tcp\_tw\_recycle设置为0，关闭这个功能后，后台访问即刻恢复正常  
\-----------------------------------------------------------------------------------------------------

**-------------------------------Nginx安全配置小提示------------------------------------**  
下面是一个常见安全陷阱和解决方案的列表，它可以辅助来确保你的Nginx部署是安全的。

`1）禁用autoindex模块。这个可能在你使用的Nginx版本中已经更改了，如果没有的话只需在配置文件的location块中增加autoindex off;声明即可。`

`2）禁用服务器上的ssi (服务器端引用)。这个可以通过在location块中添加ssi off; 。`

`3）关闭服务器标记。如果开启的话（默认情况下）所有的错误页面都会显示服务器的版本和信息。将server_tokens off;声明添加到Nginx配置文件来解决这个问题。`

`4）在配置文件中设置自定义缓存以限制缓冲区溢出攻击的可能性。`

`client_body_buffer_size  1K;`

`client_header_buffer_size 1k;`

`client_max_body_size 1k;`

`large_client_header_buffers 2 1k;`

`5）将timeout设低来防止DOS攻击。所有这些声明都可以放到主配置文件中。`

`client_body_timeout   10;`

`client_header_timeout 10;`