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喜極而泣，我終于學(xué)會了Nginx！

原創(chuàng)
作者：臧遠(yuǎn)慧
開發(fā) 架構(gòu) 開發(fā)工具
本文首先介紹 Nginx 的反向代理、負(fù)載均衡、動靜分離和高可用的原理，隨后詳解 Nginx 的配置文件，帶大家從原理到實(shí)戰(zhàn)，徹底搞懂 Nginx!

【51CTO.com原創(chuàng)稿件】本文首先介紹 Nginx 的反向代理、負(fù)載均衡、動靜分離和高可用的原理，隨后詳解 Nginx 的配置文件，帶大家從原理到實(shí)戰(zhàn)，徹底搞懂 Nginx!

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圖片來自 Pexels

Nginx 是開源的輕量級 Web 服務(wù)器、反向代理服務(wù)器，以及負(fù)載均衡器和 HTTP 緩存器。其特點(diǎn)是高并發(fā)，高性能和低內(nèi)存。

Nginx 專為性能優(yōu)化而開發(fā)，性能是其最重要的考量，實(shí)現(xiàn)上非常注重效率，能經(jīng)受高負(fù)載的考驗(yàn)，最大能支持 50000 個并發(fā)連接數(shù)。

Nginx 還支持熱部署，它的使用特別容易，幾乎可以做到 7x24 小時不間斷運(yùn)行。Nginx 的網(wǎng)站用戶有：百度、淘寶、京東、騰訊、新浪、網(wǎng)易等。

反向代理

①正向代理

Nginx 不僅可以做反向代理，實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，還能用做正向代理來進(jìn)行上網(wǎng)等功能。

②反向代理

客戶端對代理服務(wù)器是無感知的，客戶端不需要做任何配置，用戶只請求反向代理服務(wù)器，反向代理服務(wù)器選擇目標(biāo)服務(wù)器，獲取數(shù)據(jù)后再返回給客戶端。

反向代理服務(wù)器和目標(biāo)服務(wù)器對外而言就是一個服務(wù)器，只是暴露的是代理服務(wù)器地址，而隱藏了真實(shí)服務(wù)器的 IP 地址。

負(fù)載均衡

將原先請求集中到單個服務(wù)器上的情況改為增加服務(wù)器的數(shù)量，然后將請求分發(fā)到各個服務(wù)器上，將負(fù)載分發(fā)到不同的服務(wù)器，即負(fù)載均衡。

動靜分離

為了加快網(wǎng)站的解析速度，可以把靜態(tài)頁面和動態(tài)頁面由不同的服務(wù)器來解析，加快解析速度，降低原來單個服務(wù)器的壓力。

高可用

為了提高系統(tǒng)的可用性和容錯能力，可以增加 Nginx 服務(wù)器的數(shù)量，當(dāng)主服務(wù)器發(fā)生故障或宕機(jī)，備份服務(wù)器可以立即充當(dāng)主服務(wù)器進(jìn)行不間斷工作。

Nginx 配置文件

①文件結(jié)構(gòu)

  1. ...              #全局塊 
  2.  
  3. events {         #events塊 
  4.    ... 
  5. } 
  6.  
  7. http      #http塊 
  8. { 
  9.     ...   #http全局塊 
  10.     server        #server塊 
  11.     {  
  12.         ...       #server全局塊 
  13.         location [PATTERN]   #location塊 
  14.         { 
  15.             ... 
  16.         } 
  17.         location [PATTERN]  
  18.         { 
  19.             ... 
  20.         } 
  21.     } 
  22.     server 
  23.     { 
  24.       ... 
  25.     } 
  26.     ...     #http全局塊 
  27. } 

Nginx 配置文件由三部分組成：

  • 全局塊，主要設(shè)置一些影響 Nginx 服務(wù)器整體運(yùn)行的配置指令。比如：worker_processes 1;worker_processes 值越大，可以支持的并發(fā)處理量就越多。
  • Events 塊，涉及的指令主要影響 Nginx 服務(wù)器與用戶的網(wǎng)絡(luò)連接。比如：worker_connections 1024;支持的最大連接數(shù)。
  • HTTP 塊，又包括 HTTP 全局塊和 Server 塊，是服務(wù)器配置中最頻繁的部分，包括配置代理、緩存、日志定義等絕大多數(shù)功能。Server 塊：配置虛擬主機(jī)的相關(guān)參數(shù)。Location 塊：配置請求路由，以及各種頁面的處理情況。

②配置文件

  1. ########### 每個指令必須有分號結(jié)束。################# 
  2. #user administrator administrators;  #配置用戶或者組，默認(rèn)為nobody nobody。 
  3. #worker_processes 2;  #允許生成的進(jìn)程數(shù)，默認(rèn)為1 
  4. #pid /nginx/pid/nginx.pid;   #指定nginx進(jìn)程運(yùn)行文件存放地址 
  5. error_log log/error.log debug;  #制定日志路徑，級別。這個設(shè)置可以放入全局塊，http塊，server塊，級別以此為：debug|info|notice|warn|error|crit|alert|emerg 
  6. events { 
  7.     accept_mutex on;   #設(shè)置網(wǎng)路連接序列化，防止驚群現(xiàn)象發(fā)生，默認(rèn)為on 
  8.     multi_accept on;  #設(shè)置一個進(jìn)程是否同時接受多個網(wǎng)絡(luò)連接，默認(rèn)為off 
  9.     #use epoll;      #事件驅(qū)動模型，select|poll|kqueue|epoll|resig|/dev/poll|eventport 
  10.     worker_connections  1024;    #最大連接數(shù)，默認(rèn)為512 
  11. } 
  12. http { 
  13.     include       mime.types;   #文件擴(kuò)展名與文件類型映射表 
  14.     default_type  application/octet-stream; #默認(rèn)文件類型，默認(rèn)為text/plain 
  15.     #access_log off; #取消服務(wù)日志     
  16.     log_format myFormat '$remote_addr–$remote_user [$time_local] $request $status $body_bytes_sent $http_referer $http_user_agent $http_x_forwarded_for'; #自定義格式 
  17.     access_log log/access.log myFormat;  #combined為日志格式的默認(rèn)值 
  18.     sendfile on;   #允許sendfile方式傳輸文件，默認(rèn)為off，可以在http塊，server塊，location塊。 
  19.     sendfile_max_chunk 100k;  #每個進(jìn)程每次調(diào)用傳輸數(shù)量不能大于設(shè)定的值，默認(rèn)為0，即不設(shè)上限。 
  20.     keepalive_timeout 65;  #連接超時時間，默認(rèn)為75s，可以在http，server，location塊。 
  21.  
  22.     upstream mysvr {    
  23.       server 127.0.0.1:7878; 
  24.       server 192.168.10.121:3333 backup;  #熱備 
  25.     } 
  26.     error_page 404 https://www.baidu.com; #錯誤頁 
  27.     server { 
  28.         keepalive_requests 120; #單連接請求上限次數(shù)。 
  29.         listen       4545;   #監(jiān)聽端口 
  30.         server_name  127.0.0.1;   #監(jiān)聽地址        
  31.         location  ~*^.+$ {       #請求的url過濾，正則匹配，~為區(qū)分大小寫，~*為不區(qū)分大小寫。 
  32.            #root path;  #根目錄 
  33.            #index vv.txt;  #設(shè)置默認(rèn)頁 
  34.            proxy_pass  http://mysvr;  #請求轉(zhuǎn)向mysvr 定義的服務(wù)器列表 
  35.            deny 127.0.0.1;  #拒絕的ip 
  36.            allow 172.18.5.54; #允許的ip            
  37.         }  
  38.     } 
  39. }    

配置實(shí)例

下面通過配置 Nginx 配置文件，實(shí)現(xiàn)正向代理、反向代理、負(fù)載均衡、Nginx 緩存、動靜分離和高可用 Nginx 6 種功能，并對 Nginx 的原理作進(jìn)一步的解析。當(dāng)需要使用 Nginx 配置文件時，參考本文實(shí)例即可，建議收藏。

①正向代理

正向代理的代理對象是客戶端。正向代理就是代理服務(wù)器替客戶端去訪問目標(biāo)服務(wù)器。

實(shí)現(xiàn)效果：在瀏覽器輸入 www.google.com , 瀏覽器跳轉(zhuǎn)到 www.google.com 。

具體配置：

  1. server{ 
  2.     resolver 8.8.8.8; 
  3.     listen 80; 
  4.  
  5.     location / { 
  6.         proxy_pass http://$http_host$request_uri; 
  7.     } 
  8. } 

在需要訪問外網(wǎng)的客戶端上執(zhí)行以下一種操作即可：

  1. 1. 方法1（推薦） 
  2. export http_proxy=http://你的正向代理服務(wù)器地址：代理端口    
  3.  
  4. 2. 方法2 
  5. vim ~/.bashrc 
  6. export http_proxy=http://你的正向代理服務(wù)器地址：代理端口    

②反向代理

反向代理指代理后端服務(wù)器響應(yīng)客戶端請求的一個中介服務(wù)器，代理的對象是服務(wù)端。

實(shí)現(xiàn)效果：在瀏覽器輸入 www.abc.com , 從 Nginx 服務(wù)器跳轉(zhuǎn)到 Linux 系統(tǒng) Tomcat 主頁面。

具體配置：

  1. server { 
  2.     listen       80;    
  3.     server_name  192.168.4.32;   #監(jiān)聽地址 
  4.  
  5.     location  / {        
  6.        root html;  #/html目錄 
  7.        proxy_pass http://127.0.0.1:8080;  #請求轉(zhuǎn)向 
  8.        index  index.html index.htm;      #設(shè)置默認(rèn)頁        
  9.     }  
  10. } 

實(shí)現(xiàn)效果：根據(jù)在瀏覽器輸入的路徑不同，跳轉(zhuǎn)到不同端口的服務(wù)中。

具體配置：

  1. server { 
  2.     listen       9000;    
  3.     server_name  192.168.4.32;   #監(jiān)聽地址        
  4.  
  5.     location  ~ /example1/ {   
  6.        proxy_pass http://127.0.0.1:5000;          
  7.     }  
  8.  
  9.     location  ~ /example2/ {   
  10.        proxy_pass http://127.0.0.1:8080;          
  11.     }  
  12. } 

Location 指令說明：

  • ~：表示 uri 包含正則表達(dá)式，且區(qū)分大小寫。
  • ~*：表示 uri 包含正則表達(dá)式，且不區(qū)分大小寫。
  • =：表示 uri 不含正則表達(dá)式，要求嚴(yán)格匹配。

③負(fù)載均衡

實(shí)現(xiàn)效果：在瀏覽器地址欄輸入 http://192.168.4.32/example/a.html ，平均到 5000 和 8080 端口中，實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡效果。

具體配置：

  1. upstream myserver {    
  2.   server 192.167.4.32:5000; 
  3.   server 192.168.4.32:8080; 
  4. } 
  5.  
  6.  
  7. server { 
  8.     listen       80;   #監(jiān)聽端口 
  9.     server_name  192.168.4.32;   #監(jiān)聽地址 
  10.  
  11.     location  / {        
  12.        root html;  #html目錄 
  13.        index index.html index.htm;  #設(shè)置默認(rèn)頁 
  14.        proxy_pass  http://myserver;  #請求轉(zhuǎn)向 myserver 定義的服務(wù)器列表       
  15.     }  
  16. } 

Nginx 分配服務(wù)器策略：

輪詢(默認(rèn))：按請求的時間順序依次逐一分配，如果服務(wù)器 down 掉，能自動剔除。

權(quán)重：weight 越高，被分配的客戶端越多，默認(rèn)為 1。

比如：

  1. upstream myserver {    
  2.   server 192.167.4.32:5000 weight=10; 
  3.   server 192.168.4.32:8080 weight=5; 
  4. } 

IP：按請求 IP 的 Hash 值分配，每個訪客固定訪問一個后端服務(wù)器。

比如：

  1. upstream myserver {  
  2.   ip_hash;   
  3.   server 192.167.4.32:5000; 
  4.   server 192.168.4.32:8080; 
  5. } 

Fair：按后端服務(wù)器的響應(yīng)時間來分配，響應(yīng)時間短的優(yōu)先分配到請求。

比如：

  1. upstream myserver {  
  2.   fair;   
  3.   server 192.168.4.32:5000; 
  4.   server 192.168.4.32:8080; 
  5. } 

④Nginx 緩存

實(shí)現(xiàn)效果：在 3 天內(nèi)，通過瀏覽器地址欄訪問 http://192.168.4.32/a.jpg，不會從服務(wù)器抓取資源，3 天后(過期)則從服務(wù)器重新下載。

具體配置：

  1. # http 區(qū)域下添加緩存區(qū)配置 
  2. proxy_cache_path /tmp/nginx_proxy_cache levels=1 keys_zone=cache_one:512m inactive=60s max_size=1000m; 
  3.  
  4. # server 區(qū)域下添加緩存配置 
  5. location ~ \.(gif|jpg|png|htm|html|css|js)(.*) { 
  6.      proxy_pass http://192.168.4.32:5000；#如果沒有緩存則轉(zhuǎn)向請求 
  7.      proxy_redirect off; 
  8.      proxy_cache cache_one; 
  9.      proxy_cache_valid 200 1h;            #對不同的 HTTP 狀態(tài)碼設(shè)置不同的緩存時間 
  10.      proxy_cache_valid 500 1d; 
  11.      proxy_cache_valid any 1m; 
  12.      expires 3d; 
  13. } 

Expires 是給一個資源設(shè)定一個過期時間，通過 Expires 參數(shù)設(shè)置，可以使瀏覽器緩存過期時間之前的內(nèi)容，減少與服務(wù)器之間的請求和流量。

也就是說無需去服務(wù)端驗(yàn)證，直接通過瀏覽器自身確認(rèn)是否過期即可，所以不會產(chǎn)生額外的流量。此種方法非常適合不經(jīng)常變動的資源。

⑤動靜分離

實(shí)現(xiàn)效果：通過瀏覽器地址欄訪問 www.abc.com/a.html ，訪問靜態(tài)資源服務(wù)器的靜態(tài)資源內(nèi)容。

通過瀏覽器地址欄訪問 www.abc.com/a.jsp ，訪問動態(tài)資源服務(wù)器的動態(tài)資源內(nèi)容。

具體配置：

  1. upstream static {    
  2.     server 192.167.4.31:80; 
  3. } 
  4.  
  5. upstream dynamic {    
  6.     server 192.167.4.32:8080; 
  7. } 
  8.  
  9. server { 
  10.     listen       80;   #監(jiān)聽端口 
  11.     server_name  www.abc.com; 監(jiān)聽地址 
  12.  
  13.     # 攔截動態(tài)資源 
  14.     location ~ .*\.(php|jsp)$ { 
  15.        proxy_pass http://dynamic; 
  16.     } 
  17.  
  18.     # 攔截靜態(tài)資源 
  19.     location ~ .*\.(jpg|png|htm|html|css|js)$ {        
  20.        root /data/;  #html目錄 
  21.        proxy_pass http://static; 
  22.        autoindex on;;  #自動打開文件列表 
  23.     }   
  24. } 

⑥高可用

一般情況下，通過 Nginx 主服務(wù)器訪問后臺目標(biāo)服務(wù)集群，當(dāng)主服務(wù)器掛掉后，自動切換至備份服務(wù)器，此時由備份服務(wù)器充當(dāng)主服務(wù)器的角色，訪問后端目標(biāo)服務(wù)器。

實(shí)現(xiàn)效果：準(zhǔn)備兩臺 Nginx 服務(wù)器，通過瀏覽器地址欄訪問虛擬 IP 地址，把主服務(wù)器的 Nginx 停止，再次訪問虛擬 IP 地址仍舊有效。

具體配置：

  1. # 安裝 keepalived 
  2. yum install keepalived -y 
  3.  
  4. # 檢查版本 
  5. rpm -q -a keepalived 
  6. keepalived-1.3.5-16.el7.x86_64 

1.在兩臺 Nginx 服務(wù)器上安 Keepalived：Keepalived 相當(dāng)于一個路由，它通過一個腳本來檢測當(dāng)前服務(wù)器是否還活著，如果還活著則繼續(xù)訪問，否則就切換到另一臺備份服務(wù)器。

2.修改主備服務(wù)器 /etc/keepalived/keepalivec.conf 配置文件(可直接替換)，完成高可用主從配置。

Keepalived 將 Nginx 服務(wù)器綁定到一個虛擬 IP，Nginx 高可用集群對外統(tǒng)一暴露這個虛擬 IP，客戶端都是通過訪問這個虛擬 IP 來訪問 Nginx 服務(wù)器 。

  1. global_defs { 
  2.     notification_email { 
  3.         acassen@firewall.loc 
  4.         failover@firewall.loc 
  5.         sysadmin@firewall.loc 
  6.     } 
  7.     notification_email_from_Alexandre.Cassen@firewall.loc 
  8.     smtp_server 192.168.4.32 
  9.     smtp_connect_timeout 30 
  10.     router_id LVS_DEVEL  # 在 /etc/hosts 文件中配置，通過它能訪問到我們的主機(jī) 
  11. } 
  12.  
  13. vrrp_script_chk_http_port {    
  14.     script "/usr/local/src/nginx_check.sh" 
  15.  
  16.     interval 2      # 檢測腳本執(zhí)行的時間間隔 
  17.  
  18.     weight 2        # 權(quán)重每次加2 
  19. } 
  20.  
  21. vrrp_instance VI_1 { 
  22.     interface ens7f0 # 網(wǎng)卡，需根據(jù)情況修改 
  23.     state MASTER    # 備份服務(wù)器上將 MASTER 改為 BACKUP 
  24.     virtual_router_id 51 # 主備機(jī)的 virtual_router_id 必須相同 
  25.     priority 100   # 主備機(jī)取不同的優(yōu)先級，主機(jī)值較大，備份機(jī)值較小 
  26.     advert_int 1  # 每隔多長時間（默認(rèn)1s）發(fā)送一次心跳，檢測服務(wù)器是否還活著 
  27.     authentication { 
  28.       auth_type PASS 
  29.       auth_pass 1111 
  30.     } 
  31.     virtual_ipaddress { 
  32.         192.168.1.100 # VRRP H 虛擬地址，可以綁定多個 
  33.     } 
  34. } 

字段說明如下：

router_id：在 /etc/hosts 文件中配置，通過它能訪問到我們的主機(jī)。

  1. 127.0.0.1   localhost localhost.localdomain localhost4 localhost4.localdomain4 
  2. ::1         localhost localhost.localdomain localhost6 localhost6.localdomain6 
  3. 127.0.0.1   LVS_DEVEL    

interval：設(shè)置腳本執(zhí)行的間隔時間。

weight：當(dāng)腳本執(zhí)行失敗即 Keepalived 或 Nginx 掛掉時，權(quán)重增加的值(可為負(fù)數(shù))。

interface：輸入 ifconfig 命令查看當(dāng)前的網(wǎng)卡名是什么。

  1. ens7f0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500 
  2.         inet 192.168.4.32  netmask 255.255.252.0  broadcast 192.168.7.255 
  3.         inet6 fe80::e273:9c3c:e675:7c60  prefixlen 64  scopeid 0x20<link> 
  4.         ... ... 

3.在 /usr/local/src 目錄下添加檢測腳本 nginx_check.sh：

  1. #!/bin/bash 
  2. A=`ps -C nginx -no-header |wc -l` 
  3. if [ $A -eq 0 ];then 
  4.     /usr/local/nginx/sbin/nginx 
  5.     sleep 2 
  6.     if [ ps -C nginx -no-header |wc -l` -eq 0 ];then 
  7.         killall keepalived 
  8.     fi 
  9. fi 

4.啟動兩臺服務(wù)器的 Nginx 和 Keepalived：

  1. # 啟動 nginx 
  2. ./nginx 
  3.  
  4. # 啟動 keepalived 
  5. systemctl start keepalived.service 

5.查看虛擬 IP 地址 IP a。把主服務(wù)器 192.168.4.32 Nginx 和 Keepalived 停止，再訪問虛擬 IP 查看高可用效果。

原理解析

Nginx 啟動之后，在 Linux 系統(tǒng)中有兩個進(jìn)程，一個為 Master，一個為 Worker。

Master 作為管理員不參與任何工作，只負(fù)責(zé)給多個 Worker 分配不同的任務(wù)(Worker 一般有多個)。

  1. ps -ef |grep nginx 
  2. root     20473     1  0  2019 ?        00:00:00 nginx: master process /usr/sbin/nginx 
  3. nginx     4628 20473  0 Jan06 ?        00:00:00 nginx: worker process 
  4. nginx     4629 20473  0 Jan06 ?        00:00:00 nginx: worker process 

Worker 是如何工作的?客戶端發(fā)送一個請求首先要經(jīng)過 Master，管理員收到請求后會將請求通知給 Worker。

多個 Worker 以爭搶的機(jī)制來搶奪任務(wù)，得到任務(wù)的 Worker 會將請求經(jīng)由 Tomcat 等做請求轉(zhuǎn)發(fā)、反向代理、訪問數(shù)據(jù)庫等(Nginx 本身是不直接支持 Java 的)。

一個 Master 和多個 Worker 的好處?

  • 可以使用 nginx -s reload 進(jìn)行熱部署。
  • 每個 Worker 是獨(dú)立的進(jìn)程，如果其中一個 Worker 出現(xiàn)問題，其他 Worker 是獨(dú)立運(yùn)行的，會繼續(xù)爭搶任務(wù)，實(shí)現(xiàn)客戶端的請求過程，而不會造成服務(wù)中斷。

設(shè)置多少個 Worker 合適?Nginx 和 Redis 類似，都采用了 IO 多路復(fù)用機(jī)制，每個 Worker 都是一個獨(dú)立的進(jìn)程，每個進(jìn)程里只有一個主線程。

通過異步非阻塞的方式來處理請求，每個 Worker 的線程可以把一個 CPU 的性能發(fā)揮到極致，因此，Worker 數(shù)和服務(wù)器的 CPU 數(shù)相等是最為適宜的。

思考：

  • 發(fā)送一個請求，會占用 Worker 幾個連接數(shù)?
  • 有一個 Master 和 4 個 Worker，每個 Worker 支持的最大連接數(shù)為 1024，該系統(tǒng)支持的最大并發(fā)數(shù)是多少?

恭喜!目前為止你已經(jīng)掌握了 Nginx 6 種功能的配置方式，并和我一起進(jìn)一步探討了 Nginx 的原理。最后兩個面試中可能會問到的思考題，歡迎大家評論區(qū)積極討論。

作者：臧遠(yuǎn)慧

簡介：就職于中科星圖股份有限公司(北京)，研發(fā)部后端技術(shù)組。個人擅長 Python/Java 開發(fā)，了解前端基礎(chǔ);熟練掌握 MySQL，MongoDB，了解 Redis;熟悉 Linux 開發(fā)環(huán)境，掌握 Shell 編程，有良好的 Git 源碼管理習(xí)慣;精通 Nginx ，F(xiàn)lask、Swagger 開發(fā)框架;有 Docker+Kubernetes 云服務(wù)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。對人工智能、云原生技術(shù)有較大的興趣。

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責(zé)任編輯：武曉燕 來源： 51技術(shù)棧
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