1. Nginx是什么

Nginx 是一個(gè)高性能的網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器，能夠反向代理HTTP、HTTPS、SMTP、POP3、IMAP，也可以作為一個(gè)負(fù)載均衡器和 HTTP 緩存。是一個(gè)免費(fèi)、開源、高性能的 HTTP 服務(wù)器。Nginx 以其高性能、穩(wěn)定性、豐富的特性、以及簡(jiǎn)單配置和低資源消耗而著稱。Nginx 是由 Igor Sysoev 開發(fā)設(shè)計(jì)來供俄羅斯的大型門戶網(wǎng)站和搜索引擎Rambler的使用。此軟件在BSD-like協(xié)議下發(fā)行，可以在 UNIX、GNU/Linux、BSD、Mac OS X、Solaris和Microsoft Windows等操作系統(tǒng)中運(yùn)行。

2. Nginx的優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)的服務(wù)器不同，Nginx 不依賴線程來處理請(qǐng)求。相反，它使用了一個(gè)更具可擴(kuò)展性的事件驅(qū)動(dòng)（異步）體系結(jié)構(gòu)。這種體系結(jié)構(gòu)使用較小的內(nèi)存量，但更重要的是，內(nèi)存的使用量在有負(fù)載的時(shí)候更加可預(yù)測(cè)。即使你不希望同時(shí)處理數(shù)千個(gè)請(qǐng)求，但仍然可以從 Nginx 的高性能和小內(nèi)存占用中受益。Nginx所有方向都可以擴(kuò)展：從最小的VPS（Virtual Private Servers到大型的服務(wù)器集群。

1. Nginx的模塊

 Nginx 的配置文件的結(jié)構(gòu)抽象成如下示意圖

Nginx 的架構(gòu)是以高度模塊化為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，除了非常少量的核心代碼，其它的一切皆是模塊。高度抽象的模塊接口，結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，使得 Nginx 十分的靈活與高效，默認(rèn)情況下只會(huì)加載默認(rèn)、必須的模塊，其它的一些功能實(shí)現(xiàn)需要加載一些第三方的模塊。而配置文件中的各個(gè)指令配置項(xiàng)其實(shí)便是對(duì)模塊的一個(gè)功能配置。Nginx 在運(yùn)行時(shí)至少需要加載幾個(gè)核心的模塊和一個(gè)事件類模塊，這些模塊運(yùn)行時(shí)所支持的配置項(xiàng)稱為基礎(chǔ)配置，這樣的配置項(xiàng)很多，一般將其分為四大類：

• 調(diào)試配置項(xiàng)

• 必備配置項(xiàng)

• 優(yōu)化配置項(xiàng)

• 事件類配置項(xiàng)

在 Nginx 中有一個(gè)非常重要的核心模塊就是 ngx_http_core_module 模塊，它實(shí)現(xiàn)了靜態(tài) Web 服務(wù)器的主要功能，而其相關(guān)的配置項(xiàng)都放在 http{} 配置塊中。

一個(gè)典型、完整的靜態(tài) Web 服務(wù)器還會(huì)包含多個(gè) server 配置塊和 location 配置塊。

server 配置塊類似于 Apache 中的 VirtualHost 配置塊，用于配置虛擬主機(jī)。其中 location 用于匹配請(qǐng)求的 URI（URI 表示的是訪問路徑，除域名以外的內(nèi)容），匹配的方式有多種：

• 精準(zhǔn)匹配

• 忽略大小寫的正則匹配

• 大小寫敏感的正則匹配

• 前半部分匹配

其語法如下：

其中各個(gè)符號(hào)的含義：

=：用于精準(zhǔn)匹配，需要請(qǐng)求的 uri 與 pattern 表達(dá)式完全匹配的時(shí)候才會(huì)執(zhí)行 location 中的操作。

~：用于區(qū)分大小寫的正則匹配。

~*：用于不區(qū)分大小寫的正則匹配。

^~：用于匹配 URI 的前半部分。

2. Nginx實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡

負(fù)載均衡是優(yōu)化資源的利用率、最大化吞吐量、減少延遲以及確保容錯(cuò)配置的常用技術(shù)。通過配置 Nginx 實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，提高了 Web 應(yīng)用程序的可伸縮性和可靠性。負(fù)載均衡的實(shí)現(xiàn)主要依賴于反向代理與upstream相關(guān)模塊。

upstream 模塊（模塊名：ngx_http_upstream_module）是 Nginx 負(fù)載均衡的主要模塊，它提供了實(shí)現(xiàn)后臺(tái)服務(wù)器負(fù)載均衡的方法，還提供對(duì)后端服務(wù)器健康檢查的功能。

Nginx 模塊一般分為三類：handler、filter、upstream。upstream 模塊本質(zhì)上屬于 handler 模塊，但是它不會(huì)產(chǎn)生自己的內(nèi)容，而是通過請(qǐng)求其它后端服務(wù)器得到需要的內(nèi)容。

Upstream 模塊，使 Nginx 跨越單機(jī)的限制，完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的接收、處理和轉(zhuǎn)發(fā)。

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能，為 Nginx 提供了跨越單機(jī)的橫向處理能力，使 Nginx 擺脫只能為終端節(jié)點(diǎn)提供單一功能的限制，而使它具備了網(wǎng)路應(yīng)用級(jí)別的拆分、封裝和整合的戰(zhàn)略功能。

Nginx 有著很強(qiáng)大的高并發(fā)、高負(fù)載的能力。當(dāng)客戶端發(fā)出靜態(tài)文件請(qǐng)求（例如前端頁(yè)面）時(shí)，Nginx 會(huì)作為一個(gè)靜態(tài) web 服務(wù)器直接向客戶端提供靜態(tài)文件服務(wù)。當(dāng)客戶端發(fā)出不適合 Nginx 提供服務(wù)的動(dòng)態(tài)請(qǐng)求時(shí)，Nginx 會(huì)作為一個(gè)反向代理服務(wù)器，將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到上游服務(wù)器中處理，處理后返回的動(dòng)態(tài)應(yīng)答再由 Nginx 轉(zhuǎn)發(fā)給客戶端。

proxy_pass 便是 HTTP proxy module 中重要配置項(xiàng)，通過該配置項(xiàng)我們可以配置將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給哪一臺(tái)服務(wù)節(jié)點(diǎn)、或者哪一個(gè)服務(wù)群。當(dāng)設(shè)置轉(zhuǎn)發(fā)給某一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，其格式為 proxy_pass http://ip或者域名:端口, 當(dāng)需要轉(zhuǎn)發(fā)給某一個(gè)服務(wù)器群時(shí)，需要結(jié)合 upstream 使用。

在默認(rèn)的負(fù)載均衡上，nginx 還支持一些調(diào)度算法來配置:

1）最少連接負(fù)載均衡：下一個(gè)請(qǐng)求被分配給連接數(shù)最少的服務(wù)器。

2）加權(quán)負(fù)載均衡：通過使用權(quán)重，來實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。

3） ip-hash 負(fù)載均衡：將客戶端的 IP 地址用作哈希鍵，以決定服務(wù)器組中應(yīng)該為客戶端請(qǐng)求選擇什么服務(wù)器。此方法可確保來自同一客戶端的請(qǐng)求將始終定向到同一服務(wù)器，除非此服務(wù)器不可用。

3. 反向代理

反向代理（Reverse Proxy）是指：代理服務(wù)器接受來自客戶端的請(qǐng)求，然后將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)上的服務(wù)器，并將服務(wù)器的響應(yīng)返回給客戶端。與之對(duì)應(yīng)的是正向代理，具體的內(nèi)容將在后面的實(shí)驗(yàn)中詳細(xì)介紹。

反向代理服務(wù)器在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲兴幍奈恢茫ㄈ缟蠄D所示）正好是負(fù)載均衡設(shè)備所在的位置，因此我們常常使用反向代理服務(wù)器作為負(fù)載均衡設(shè)備。反向代理服務(wù)器根據(jù)當(dāng)前后端服務(wù)器的負(fù)載情況，將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給一臺(tái)合適的服務(wù)器，并將處理結(jié)果返回給用戶，這就是反向代理負(fù)載均衡。

其它常見的 Web 負(fù)載均衡方式包括：DNS 輪詢、IP 負(fù)載均衡、HTTP 重定向負(fù)載均衡等。

4. 正向代理

正向代理服務(wù)器是一個(gè)位于客戶端和目標(biāo)服務(wù)器之間的服務(wù)器，即下圖中的服務(wù)器 Proxy ，它通常和客戶端在同一局域網(wǎng)（也有可能不是）。客戶端為了從目標(biāo)服務(wù)器 Server 取得它想要的內(nèi)容，它首先向代理服務(wù)器發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求并指定目標(biāo)（即要訪問的目標(biāo)服務(wù)器），然后代理服務(wù)器 Proxy 向目標(biāo)服務(wù)器 Server 轉(zhuǎn)交請(qǐng)求并將獲得的內(nèi)容返回給客戶端。

正向代理的用途：

隱藏客戶端的信息：客戶端通過代理服務(wù)器訪問目標(biāo)服務(wù)器，因此目標(biāo)服務(wù)器只知道請(qǐng)求來自哪個(gè)代理服務(wù)器，而不清楚來自哪個(gè)具體的客戶端，隱藏了真實(shí)的客戶端信息。

訪問限制：代理服務(wù)器可以對(duì)客戶端進(jìn)行控制管理，提高安全性。

緩存優(yōu)化、提高訪問速度：通常代理服務(wù)器都設(shè)置一個(gè)較大的硬盤緩沖區(qū)，會(huì)將部分請(qǐng)求的響應(yīng)保存到緩沖區(qū)中，當(dāng)其他用戶再訪問相同的信息時(shí)，則直接由緩沖區(qū)中取出信息，傳給用戶，以提高訪問速度。

正向代理服務(wù)器與反向代理服務(wù)器兩者的相同點(diǎn)是：所處的位置都是客戶端和服務(wù)器之間，都是將客戶端的請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給服務(wù)器，再把服務(wù)器的響應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)給客戶端。兩者不同的是：

• 反向代理是服務(wù)器的代理，有負(fù)載均衡、安全防護(hù)等功能；正向代理是客戶端的代理，幫助客戶端訪問其無法訪問的服務(wù)器資源，解決訪問限制問題。

• 正向代理中，服務(wù)器不知道真正的客戶端到底是誰，以為訪問自己的就是真實(shí)的客戶端。而在反向代理中，客戶端不知道真正的服務(wù)器是誰，以為自己訪問的就是真實(shí)的服務(wù)器。

1）請(qǐng)求頭處理

proxy_set_header 用于修改或設(shè)置請(qǐng)求頭中某個(gè)字段 field 的值 value，重定義發(fā)往后端服務(wù)器的請(qǐng)求頭。

proxy_set_header field value;

常用的有以下兩種：

• proxy_set_header Host $http_host;：
  在 Nginx 代理向后端服務(wù)器（即我們?cè)L問的 Web 服務(wù)器）發(fā)送的 http 請(qǐng)求頭中加入 Host 字段信息，用于后端服務(wù)器識(shí)別是哪個(gè)主機(jī)訪問。

• proxy_set_header X-Forwarded-For $remote_addr;：
  在 Nginx 代理向后端服務(wù)器發(fā)送 http 請(qǐng)求頭加入 X-Forwarded-For 字段信息，用于后端服務(wù)器中的服務(wù)程序記錄真實(shí)的客戶端 IP，而不是代理服務(wù)器的 IP。

配置請(qǐng)求頭：

2）連接時(shí)間優(yōu)化

設(shè)置超時(shí)時(shí)間是為了保證一個(gè)請(qǐng)求占用固定的時(shí)間，超出之后返回給客戶端一個(gè)狀態(tài)碼：504 Gateway Time-out（充當(dāng)網(wǎng)關(guān)或代理的服務(wù)器，未及時(shí)從遠(yuǎn)端服務(wù)器獲取請(qǐng)求），可以防止出現(xiàn)一個(gè)請(qǐng)求占用過長(zhǎng)時(shí)間的現(xiàn)象。這里介紹四個(gè)關(guān)于超時(shí)時(shí)間設(shè)置的指令，分為兩大類：

• 設(shè)置解析超時(shí)時(shí)間：

  resolver_timeout 指令。

  解析超時(shí)時(shí)間使用指令 resolver_timeout 來設(shè)置。這個(gè)時(shí)間是指 Nginx 連接 DNS 解析服務(wù)器的時(shí)間，如果在指定時(shí)間內(nèi)沒有連接上 DNS 解析服務(wù)器，則判定為連接超時(shí)。

• 代理連接超時(shí)時(shí)間：

  proxy_connect_timeout 指令。

  proxy_connect_timeout 指令用于設(shè)置正向代理服務(wù)器與 Web 服務(wù)器連接的超時(shí)時(shí)間（即發(fā)起 TCP 握手等候的超時(shí)時(shí)間）。如果在指定時(shí)間內(nèi)沒有與 Web 服務(wù)器建立 TCP 連接，則判定為超時(shí)。

  proxy_send_timeout 指令。

  proxy_send_timeout 指令用于設(shè)置 Nginx 代理服務(wù)器向 Web 服務(wù)器傳輸請(qǐng)求的超時(shí)時(shí)間。這個(gè)時(shí)間是指相鄰兩次寫操作之間的最長(zhǎng)時(shí)間間隔，而不是整個(gè)請(qǐng)求傳輸完成的最長(zhǎng)時(shí)間。如果 Nginx 代理服務(wù)器在超時(shí)時(shí)間段內(nèi)沒有發(fā)送任何數(shù)據(jù)，TCP 連接將被關(guān)閉。

  proxy_read_timeout 指令。

  proxy_read_timeout 指令用于設(shè)置 Nginx 代理服務(wù)器從 Web 服務(wù)器獲取響應(yīng)信息的超時(shí)時(shí)間。連接建立成功后，Nginx 等待 Web 服務(wù)器的響應(yīng)，如果在指定的時(shí)間內(nèi) Web 服務(wù)器沒有發(fā)送數(shù)據(jù)，那么 Nginx 會(huì)斷開 TCP 連接。

  比如設(shè)置解析超時(shí)時(shí)間為 5 分鐘，配置中應(yīng)該這么寫：resolver_timeout 5m;

3）緩沖優(yōu)化

Nginx 正向代理服務(wù)器是客戶端和后端服務(wù)器溝通的橋梁，后端服務(wù)器的響應(yīng)必然會(huì)返回給 Nginx 正向代理服務(wù)器，然后 Nginx 代理服務(wù)器再將響應(yīng)傳遞給客戶端。因?yàn)榭蛻舳说倪B接速度往往是不同的，甚至可能速度差距十分大。如果客戶端是緩慢的，在有緩沖的情況下，Nginx 代理會(huì)將后端服務(wù)的響應(yīng)臨時(shí)存儲(chǔ)到緩沖區(qū)，然后按客戶端的連接速度發(fā)送給客戶端。如果客戶端連接速度很快，緩沖可以關(guān)閉，使數(shù)據(jù)盡快到達(dá)客戶端。在本實(shí)驗(yàn)中，我們配置有緩沖的 Nginx 代理服務(wù)器。Nginx 代理服務(wù)器將響應(yīng)臨時(shí)存儲(chǔ)到緩沖區(qū)中，但是臨時(shí)緩沖區(qū)是會(huì)預(yù)設(shè)空間大小的，如果超出設(shè)定的大小時(shí)，緩沖就會(huì)寫入到磁盤中。緩沖優(yōu)化主要是要合理設(shè)置緩沖區(qū)大小，盡量避免緩沖到硬盤時(shí)的情況。

緩沖相關(guān)指令：

proxy_buffering on | off

proxy_buffering 的作用是配置是否啟用 Proxy Buffer。

proxy_buffer_size

proxy_buffer_size 指令配置從被代理服務(wù)器獲取的第一份響應(yīng)數(shù)據(jù)的大小。這個(gè)響應(yīng)數(shù)據(jù)中一般包含了 http 響應(yīng)頭，Nginx 通過它來獲取響應(yīng)數(shù)據(jù)和被代理數(shù)據(jù)的一些必要信息。

proxy_buffers

proxy_buffers 指令用于配置接受一次響應(yīng)的 buffer 個(gè)數(shù)和每個(gè) buffer 的大小。緩沖區(qū)總的大小為 number*size。若某些請(qǐng)求的響應(yīng)過大，則超過 buffer 的部分將被緩沖到硬盤（緩沖目錄由 proxy_temp_path 指令指定，但一般都選擇關(guān)閉磁盤緩沖），如果數(shù)據(jù)緩沖到硬盤會(huì)使響應(yīng)的速度減慢，影響用戶體驗(yàn)。

proxy_busy_buffers_size

Nginx 會(huì)在沒有完全讀完后端響應(yīng)的時(shí)候就開始向客戶端傳送數(shù)據(jù)，所以它會(huì)劃出一部分緩沖區(qū)來專門向客戶端傳送數(shù)據(jù)（這部分的大小是由 proxy_busy_buffers_size 來控制的），然后它繼續(xù)從后端取數(shù)據(jù)，緩沖區(qū)滿了之后就寫到磁盤的臨時(shí)文件中。proxy_busy_buffers_size 指令用于配置處于 busy 狀態(tài)的 Proxy Buffer 的總大小，一般設(shè)置為 proxy_buffers 中單個(gè)緩沖區(qū)大小的 2 倍。

proxy_max_temp_file_size

proxy_max_temp_file_size 用于配置所有臨時(shí)文件的總體積大小。（臨時(shí)文件是指緩沖區(qū)滿了之后存放到硬盤的文件）

END

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