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当初我要是这么学习Nginx就好了!(多图详解)

本文主要帮助大家熟悉 Nginx 有哪些应用场景、Nginx 特点和架构模型以及相关流程、Nginx 定制化开发的几种模块分类。读完本文你将对 Nginx 有一定的认识。

作者:李航来源:51CTO技术栈|2020-03-16 08:00

【51CTO.com原创稿件】本文主要帮助大家熟悉 Nginx 有哪些应用场景、Nginx 特点和架构模型以及相关流程、Nginx 定制化开发的几种模块分类。读完本文你将对 Nginx 有一定的认识。

图片来自 Pexels

本文将围绕如下几个部分进行讲解:

  • Nginx 简介及特点
  • Nginx 应用场景
  • Nginx 框架模型介绍
  • Nginx 内部流程介绍
  • Nginx 自定义模块开发介绍
  • Nginx 核心时间点模块介绍
  • Nginx 分流模块介绍
  • Nginx 动态 upstream 模块介绍
  • Nginx query_upstrem 模块介绍
  • Nginx query_conf 模块介绍
  • Nginx 共享内存支持 Redis 协议模块介绍
  • Nginx 日志回放压测工具介绍

Nginx 简介以及特点

Nginx (engine x) 是一个高性能的 Web 服务器和反向代理服务器,也是一个 IMAP/POP3/SMTP 服务器:

  • 它由俄罗斯程序员 Igor Sysoev 于 2002 年开始开发。
  • Nginx 是增长最快的 Web 服务器,市场份额已达 33.3%。
  • 全球使用量排名第二,2011 年成立商业公司。

Nginx 社区分支:

  • Openresty:作者 @agentzh(章宜春)开发的,最大特点是引入了 ngx_lua 模块,支持使用 Lua 开发插件,并且集合了很多丰富的模块,以及 Lua 库。
  • Tengine:主要是淘宝团队开发。特点是融入了因淘宝自身的一些业务带来的新功能。
  • Nginx 官方版本,更新迭代比较快,并且提供免费版本和商业版本。

Nginx 源码结构(代码量大约 11 万行 C 代码):

  • 源代码目录结构 Core(主干和基础设置)
  • Event(事件驱动模型和不同的 IO 复用模块)
  • HTTP(HTTP 服务器和模块)
  • Mail(邮件代理服务器和模块)
  • OS(操作系统相关的实现)
  • Misc(杂项)

Nginx 特点如下:

  • 反向代理,负载均衡器
  • 高可靠性、单 Master 多 Worker 模式
  • 高可扩展性、高度模块化
  • 非阻塞
  • 事件驱动
  • 低内存消耗
  • 热部署

Nginx 应用场景

Nginx 的应用场景如下:

  • 静态文件服务器
  • 反向代理,负载均衡
  • 安全防御
  • 智能路由(企业级灰度测试、地图 POI 一键切流)
  • 灰度发布
  • 静态化
  • 消息推送
  • 图片实时压缩
  • 防盗链

Nginx 框架模型介绍

进程组件角色:

  • Master 进程:监视工作进程的状态;当工作进程死掉后重启一个新的;处理信号和通知工作进程。
  • Worker 进程:处理客户端请求,从主进程处获得信号做相应的事情。
  • Cache Loader 进程:加载缓存索引文件信息,然后退出。
  • Cache Manager进程:管理磁盘的缓存大小,超过预定值大小后最少使用数据将被删除。

Nginx 的框架模型如下图:

框架模型流程如下图:

Nginx 内部流程介绍

Nginx 框架模型流程如下图:

Master 初始化流程,如下图:

Worker 初始化:

Worker 初始化流程图如下:

静态文件请求 IO 流程如下图:

HTTP 请求流程如下图:

HTTP 请求 11 个阶段,如下图所示:

upstream模块:

  • 访问第三方 Server 服务器
  • 底层 HTTP 通信非常完善
  • 异步非阻塞
  • 上下游内存零拷贝,节省内存
  • 支持自定义模块开发

upstream 框架流程,如下图:

upstream 内部流程,如下图:

反向代理流程,如下图:

Nginx 定制化模块开发

Nginx 的模块化设计特点如下:

  • 高度抽象的模块接口
  • 模块接口非常简单,具有很高的灵活性
  • 配置模块的设计
  • 核心模块接口的简单化
  • 多层次、多类别的模块设计

内部核心模块:

Handler 模块:接受来自客户端的请求并构建响应头和响应体。

Filter 模块:过滤(filter)模块是过滤响应头和内容的模块,可以对回复的头和内容进行处理。它的处理时间在获取回复内容之后,向用户发送响应之前。

Upstream 模块:使 Nginx 跨越单机的限制,完成网络数据的接收、处理和转发,纯异步的访问后端服务。

Load_Balance:负载均衡模块,实现特定的算法,在众多的后端服务器中,选择一个服务器出来作为某个请求的转发服务器。

ngx_lua 模块:

  • 脚本语言
  • 内存开销小
  • 运行速度快
  • 强大的 Lua 协程
  • 非阻塞
  • 业务逻辑以自然逻辑书写

定制化开发 Demo

Handler 模块:

  • 编写 config 文件
  • 编写模块产生内容响应信息
  1. #配置文件: 
  2. server { 
  3.     ...     
  4.     location test { 
  5.         test_counter on
  6.     } 
  7. #config 
  8. ngx_addon_name=ngx_http_test_module 
  9. HTTP_MODULES="$HTTP_MODULES ngx_http_test_module" 
  10. NGX_ADDON_SRCS="$NGX_ADDON_SRCS $ngx_addon_dir/ngx_http_test_module.c" 
  11. #ngx_http_test_module.c 
  12. static ngx_int_t 
  13. ngx_http_test_handler(ngx_http_request_t *r) 
  14.     ngx_int_t                               rc; 
  15.     ngx_buf_t                               *b; 
  16.     ngx_chain_t                             out
  17.     ngx_http_test_conf_t                    *lrcf; 
  18.     ngx_str_t                               ngx_test_string = ngx_string("hello test"); 
  19.  
  20.     lrcf = ngx_http_get_module_loc_conf(r, ngx_http_test_module); 
  21.     if ( lrcf->test_counter == 0 ) { 
  22.         return NGX_DECLINED; 
  23.     } 
  24.  
  25.     /* we response to 'GET' and 'HEAD' requests only */ 
  26.     if ( !(r->method & (NGX_HTTP_GET|NGX_HTTP_HEAD)) ) { 
  27.             return NGX_HTTP_NOT_ALLOWED; 
  28.     } 
  29.  
  30.     /* discard request body, since we don't need it here */ 
  31.     rc = ngx_http_discard_request_body(r); 
  32.  
  33.     if ( rc != NGX_OK ) { 
  34.         return rc; 
  35.     } 
  36.  
  37.     /* set the 'Content-type' header */ 
  38.     /* 
  39.      *r->headers_out.content_type.len = sizeof("text/html") - 1; 
  40.      *r->headers_out.content_type.data = (u_char *)"text/html"
  41.     */ 
  42.     ngx_str_set(&r->headers_out.content_type, "text/html"); 
  43.  
  44.     /* send the header only, if the request type is http 'HEAD' */ 
  45.     if ( r->method == NGX_HTTP_HEAD ) { 
  46.         r->headers_out.status = NGX_HTTP_OK; 
  47.         r->headers_out.content_length_n = ngx_test_string.len; 
  48.  
  49.         return ngx_http_send_header(r); 
  50.     } 
  51.  
  52.     /* set the status line */ 
  53.     r->headers_out.status = NGX_HTTP_OK; 
  54.     r->headers_out.content_length_n =  ngx_test_string.len; 
  55.  
  56.     /* send the headers of your response */ 
  57.     rc = ngx_http_send_header(r); 
  58.     if ( rc == NGX_ERROR || rc > NGX_OK || r->header_only ) { 
  59.         return rc; 
  60.     } 
  61.  
  62.     /* allocate a buffer for your response body */ 
  63.     b = ngx_pcalloc(r->pool, sizeof(ngx_buf_t)); 
  64.     if ( b == NULL ) { 
  65.         return NGX_HTTP_INTERNAL_SERVER_ERROR; 
  66.     } 
  67.  
  68.     /* attach this buffer to the buffer chain */ 
  69.     out.buf = b; 
  70.     out.next = NULL
  71.  
  72.     /* adjust the pointers of the buffer */ 
  73.     b->pos = ngx_test_string.data; 
  74.     b->last = ngx_test_string.data + ngx_test_string.len; 
  75.     b->memory = 1;    /* this buffer is in memory */ 
  76.     b->last_buf = 1;  /* this is the last buffer in the buffer chain */ 
  77.  
  78.     /* send the buffer chain of your response */ 
  79.     return ngx_http_output_filter(r, &out); 

Nginx 核心时间点模块介绍

解决接入层故障定位慢的问题,帮助 OP 快速判定问题根因,优先自证清白,提高接入层高效的生产力。

Nginx 分流模块介绍

Nginx 分流模块特点如下:

  • 实现非常灵活的动态的修改策略从而进行切流量。
  • 实现平滑无损的方式进行流量的切换。
  • 通过秒级切换流量可以缩小影响范围,从而减少损失。
  • 按照某一城市或者某个特征,秒级进行切换流量或者禁用流量。
  • 容忍单机房级别容量故障,缩短了单机房故障的止损时间。
  • 快速的将流量隔离或者流量抽样。
  • 高效的灰度测试,提高生产力。

Nginx 动态 upstream 模块介绍

让接入层可以适配动态调度的云环境,实现服务的平滑上下线、弹性扩/缩容。

从而提高接入层高效的生产力以及稳定性,保证业务流量的平滑无损。

Nginx query_upstream 模块介绍

链路追踪,梳理接口到后端链路的情况。查询 location 接口对应 upstream server 信息。

Nginx query_conf 模块介绍

获取 Nginx 配置文件格式化为 json 格式信息:

Nginx 共享内存支持 Redis 协议模块介绍

根据配置文件来动态的添加共享内存:

  1. https://github.com/lidaohang/ngx_shm_dict  

ngx_shm_dict:共享内存核心模块(红黑树,队列)

ngx_shm_dict_manager:添加定时器事件,定时的清除共享内存中过期的 Key,添加读事件,支持 Redis 协议,通过 redis-cli get,set,del,ttl

ngx_shm_dict_view:共享内存查看

Nginx 日志回放压测工具

解析日志进行回放压测,模拟后端服务器慢等各种异常情况 :

  1. https://github.com/lidaohang/playback-testing 

方案说明:

  • 客户端解析 access.log 构建请求的 host,port,url,body。
  • 把后端响应时间,后端响应状态码,后端响应大小放入 header 头中。
  • 后端服务器获取相应的 header,进行模拟响应 body 大小,响应状态码,响应时间。

使用方式:

  • 拷贝需要测试的 access.log 的日志到 logs 文件夹里面。
  • 搭建需要测试的 Nginx 服务器,并且配置 upstream 指向后端服务器断端口
  • 启动后端服务器实例
  1. server/backserver/main.go 
  • 进行压测
  1. bin/wrk -c30 -t1 -s conf/nginx_log.lua http://localhost:8095 

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【责任编辑:武晓燕 TEL:(010)68476606】

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