文章目录

• • 1、Nginx 工作原理
  • 2、Nginx 安装启动
  • • 2.1、安装
    • 2.2、启动
  • 3、配置文件
  • • 3.1、块配置
    • 3.2、代理 & 负载均衡
    • • 3.2.1、代理
      • • 正向代理
        • 反向代理
      • 3.2.2、负载均衡
    • 3.3、Nginx 缓存
    • 3.4、Nginx 限流
  • 4、http 配置使用
  • • 4.1、配置结构
    • 4.2、配置命令
    • • 4.2.1、设置配置命令
      • 4.2.2、设置回调方法
    • 4.3、合并配置命令
  • 5、http 配置解析
  • 6、参考

Nginx 是一个高性能的 HTTP 和反向代理 Web 服务器。Nginx 可以作为一个HTTP服务器进行网站的发布处理，也可以作为反向代理进行负载均衡的实现。

1、Nginx 工作原理

Nginx 默认采用多进程工作方式，启动后，生成一个 Master 进程和多个 Woker 进程。

• Master 进程：读取和评估配置文件，管理 Worker 进程。
• Worker 进程：处理网络事件

master 进程根据配置文件生成一个监听相应端口的 socket，然后 fork 多个 worker 子进程，每个 worker 进程都可以监听 socket 消息。为了解决 accept 惊群问题，当一个连接到来，每个 worker 都能收到通知，但是只有一个 worker 能够建立连接，其他 worker 连接失败。nginx 通过互斥锁 accept_mutex 控制 worker 进程接收连接，只有获得了 accept_mutex 的进程才会添加 accept 事件。

nginx 使用变量 ngx_accept_disabled 来控制是否去竞争 accept_mutex 锁。

ngx_accept_disabled = nginx单进程的连接总数/8 - 空闲连接数量

当 ngx_accept_disabled > 0，不会尝试获取 accept_mutex 锁，该值越大，让出的机会越多，其他进程获取锁的机会越大。不添加 accept，每个 worker 进程的连接数得到控制，实现了连接平衡。

2、Nginx 安装启动

2.1、安装

安装第三方软件：prce、zlib、OpenSSL

# 安装第三方软件
# prce 库
wget https://sourceforge.net/projects/pcre/files/pcre/8.44/pcre-8.44.tar.gz
tar -zxvf pcre-8.44.tar.gz
cd pcre-8.44/
./configure
make
make install# zlib 库
wget https://nchc.dl.sourceforge.net/project/libpng/zlib/1.2.11/zlib-1.2.11.tar.gz
tar -zxvf zlib-1.2.11.tar.gz
cd zlib-1.2.11/
./configure
make
make install# OpenSSL 库
wget https://www.openssl.org/source/openssl-1.1.1g.tar.gz
tar -zxvf openssl-1.1.1g.tar.gz
cd openssl-1.1.1g/
./config
make
make install

安装 Nginx

wget http://nginx.org/download/nginx-1.16.1.tar.gz
tar -zxvf nginx-1.16.1.tar.gz
cd nginx-1.16.1/
./configure --prefix=/usr/local/nginx --with-http_stub_status_module --with-http_ssl_module --with-http_realip_module --with-http_v2_module --with-openssl=../openssl-1.1.1g
make
make install

configure 命令支持的参数

--prefix=path # 指定 Nginx 安装目录，默认/usr/local/nginx
--sbin-path=path # 设置 Nginx 的可执行文件路径，默认 prefix/sbin/nginx

2.2、启动

启动 nginx 需要指定配置文件，配置文件路径

/usr/local/nginx/conf
/etc/nginx
/usr/local/etc/nginx

启动 nginx

# 启动 nginx
/usr/local/nginx/sbin/nginx -c /usr/local/nginx/conf/nginx.conf# 重启，nginx 支持热启动
nginx -s reload

nginx 命令

nginx -s signal
quit 	# 正常关闭
stop 	# 立即关闭(快速关闭)
reload 	# 重新加载配置文件
reopen 	# 重新打开日志文件

3、配置文件

3.1、块配置

顶级指令

• events：工作模式，连接处理
• http：http 协议
• mail：mail 协议
• stream：tcp 协议

例如：配置 web 服务器

# work 进程个数，建议修改成 cpu 内核数
worker_process 4
# 绑定 cpu
worker_cpu_affinity 1000 0100 0010 0001# 工作模式
events {use epoll;			    # IO 多路复用方式worker_connections 1024; # 单个 worker 进程的最大并发连接数
}# 设定 http 服务器
http {# 添加配置文件include /etc/nginx/mime.type;include /etc/nginx/conf.d/ *.conf;# 设置日志格式access_log /var/log/nginx/access.log;# 开启 sendfilesendfile on;# 防止网络阻塞，立即发送tcp_nopush on;tcp_nodelay on;# 连接超时时间keepalive_timeout 60;# 开启 gzip 压缩gzip on;gzip_disable "MISE [1-6]\.(?!.*SV1)";# 设定请求缓冲client_header_buffer_size 1k;large_client_header_buffers 4k;# 设定负载均衡的服务器列表upstream backend {server 192.168.10.1:8080 weight=1;server 192.168.10.2:8080 weight=2;}# 设置服务器server {# 监听端口，默认80端口listen  8080; # 主机名称 Hostserver_name www.example.org;# 配置路径location / {root /root;				  # 资源路径，root + urlindex index.html index.php; # 首页索引，顺序访问}# 返回状态码，重定向 urllocation /permanently/moved/url {return 301 http://www.example.com/moved/here;}# 处理错误# error_page code[=answer-code] url|@named_locationerror_page	404 =301  @fallback;location @fallback {proxy_pass http://backend;}}
}

3.2、代理 & 负载均衡

3.2.1、代理

• 正向代理：代理客户端。当用户无法正常访问外部资源，通过代理的方式，让用户绕过防火墙，从而连接到目标网络或者服务。
• 反向代理：代理服务器。代理服务器接收网络请求，然后将请求转发给内网上的服务器，并将处理结果返回给用户的过程。

Nginx 实现动静分离：反向代理过程中，判断资源的类型，如果是静态资源，则直接从 Nginx 发布路径读取，不需要从后端服务器获取。

正向代理

resolver 114.114.114.114 8.8.8.8; # 配置正向代理 dns 服务器
server {resolver_timeout 5s;listen 80;location / {proxy_pass http://$host$request_uri;}
}

反向代理

upstream backend {server localhost:8080 weight=1;server localhost:8081 weight=2;
}server {listen  80;server_name localhost;location / {root  /usr/local/nginx/html/www;				index  index.html index.php;}# 静态请求，nginx 处理location ~ .(images|javascript|js|css|flash|media|static)$ {sendfile on;root /var/www;   }# 动态请求location * .(jsp|do)$ {  proxy_pass http://backend; # 反向代理proxy_set_header Host $host;}error_page 500 502 503 504 /50x.html;location /50x.html {root /var/www;}
}

3.2.2、负载均衡

upstream 机制提供了负载均衡功能，可以将请求负载分担到集群服务器的某个服务器上。

工作流程

• 分析客户端请求报文，构建发往上游服务器的请求报文；
• 调用 ngx_http_upstream_init 开始与上游服务器建立 tcp 连接；
• 发送构建的请求报文
• 接收来自上游服务器的响应头并进行解析，之后往下游转发
• 接收来自上有服务器的响应体，并进行转发

支持的负载分配方式，前三种为 Nginx 原生支持的分配方式，后三种为第三方支持的分配方式：

• 轮询：默认，按照请求的时间顺序轮流分配到不同的后端服务器
• 权重：轮询的基础上指定轮询比率
• ip_hash：每个请求按照访问 IP的 hash 值分配，这样同一用户连续的 Web 请求都会被分发到同一服务器进行处理，解决 session 问题。
• fair 按照后端服务器的响应时间分配请求，响应时间短的优先分配。
• url_hash：按照访问 url 的 hash 结果来分配请求，使得每个 url 定向到同一个后端服务器，主要应用于后端服务器为缓存时的场景。
• least_conn：把请求转发给连接数较少的后端服务器。

3.3、Nginx 缓存

启用缓存时，Nginx 将响应保存在磁盘缓存中，用来响应客户端，不必每次都为同一内容代理请求。

配置代码如下

upstream backend {server 192.168.10.1:8080 weight=1;server 192.168.10.2:8080 weight=2;
}# 设置 nginx 缓存资源的存放地址
proxy_cache_path /cache keys_zone=cache:10m max_size=10g inactive=60m use_temp_path=off;server {listen 80; location / {proxy_pass http://backend; # 配置缓冲区：数量，大小proxy_buffers 8 4k;# 启用 proxy 缓存，并指定 key_zoneproxy_cache cache; 			 # 指定要缓存的请求proxy_cache_key "$host$request_uri $cookie_user"; # 缓存的key，一般为URL+请求参数proxy_cache_min_uses 5;			  # 缓存响应前，相同 key 请求的最小次数proxy_cache_methods GET POST;      # 支持缓存的请求方式# 限制缓存proxy_cache_valid 200 304 6h; # 设置缓存响应有效时间，设置状态码的有效时间proxy_cache_valid any 6m;# 跳过缓存proxy_cache_bypass $cookie_nocache $arg_nocache$arg_comment; }
}

3.4、Nginx 限流

nginx 使用漏桶算法按请求速率对模块进行限速，能够强行保证请求的实时处理速度不会超过设置的阈值。

漏桶算法的思想：水（请求）从上方倒入水桶，从水桶下方流出（被处理），来不及流出的水存在水桶中（缓存），以固定速率流出。水桶满后，水溢出（丢弃请求）。请求放入缓存，匀速处理，多余的请求直接丢弃。

4、http 配置使用

处理 http 配置项分为 4 个步骤

• 创建用于存储配置项参数的数据结构
• 设定配置项的限制条件与回调方法
• 实现回调方法，自定义或预设
• 合并不同级别的配置块中出现的同名配置项。

4.1、配置结构

定义该模块的配置结构来存储配置项（配置命令）。Nginx 的配置信息分为三个作用域 main, server, location，每个模块提供的配置命令需要定义不同的模块配置结构来存储。

typedef struct {// 定义配置命令 
}ngx_http_loc_conf_t;

4.2、配置命令

4.2.1、设置配置命令

commands 数组用于定义模块的配置文件参数，每一个数组元素都是 ngx_command_t 类型，用于解析一个配置项，数组的结尾以 ngx_null_command 表示。Nginx 在解析配置文件中的一个配置项时会首先遍历所有的模块，即通过遍历 commands 数组，当遍历到 ngx_null_command 时，会停止使用当前模块解析该配置。

typedef struct ngx_command_s         ngx_command_t;
// ngx 命令
struct ngx_command_s {// 配置项名称，"listen"ngx_str_t             name; // 配置项类型，配置指令属性合集，指定配置项的位置和携带的参数个数ngx_uint_t            type; // 配置项参数处理方法char               *(*set)(ngx_conf_t *cf, ngx_command_t *cmd, void *conf);// 在配置文件中的偏移量ngx_uint_t            conf;// 使用预设的解析方法解析配置项ngx_uint_t            offset;// 配置项读取后的处理方法，必须是 ngx_conf_post_t 结构的指针void                 *post;
};

4.2.2、设置回调方法

当某个配置块出现对应的配置项（配置命令）时，Nginx 回调 set 指向的回调方法，用于解析命令的处理方法。在 set 方法中获取配置信息，设置 handler 回调阶段和回调方法，也可以直接采用预设方法。

static char *ngx_http_test_set(ngx_conf_t *cf, ngx_command_t *cmd, void *conf) {ngx_http_core_loc_conf_t *clcf;// 找到 conf 所属的配置块clcf = ngx_http_conf_get_module_loc_conf(cf, ngx_http_core_module);// 在 NGX_HTTP_CONTENT_PHASE 阶段，调用该请求clcf->handler = ngx_http_test_handler;return NGX_CONF_OK;
}

4.3、合并配置命令

合并不同配置块间的同名配置项，如：http,、server、location块出现的同名命令

5、http 配置解析

流程简单记作：

• 初始化模块时，调用各模块的 create_(main,srv,loc)_conf
• 调用各模块的 preconfiguration，也就是模块的初始化方法
• 解析 http 块配置，对不同作用域块遍历 command 并回调 set 方法
• 合并不同块内的同名配置项

6、参考

• 陶辉. 深入理解Nginx：模块开发与架构解析[M]. 北京:机械工业出版社,2016.
• 聂松松等. Nginx底层设计与源码分析[M]. 北京:机械工业出版社,2021.