【51CTO.com原创稿件】本文首先介绍 Nginx 的反向代理、负载均衡、动静分离和高可用的原理，随后详解 Nginx 的配置文件，带大家从原理到实战，彻底搞懂 Nginx!
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Nginx 是开源的轻量级 Web 服务器、反向代理服务器，以及负载均衡器和 HTTP 缓存器。其特点是高并发，高性能和低内存。
Nginx 专为性能优化而开发，性能是其最重要的考量，实现上非常注重效率，能经受高负载的考验，最大能支持 50000 个并发连接数。
Nginx 还支持热部署，它的使用特别容易，几乎可以做到 7x24 小时不间断运行。Nginx 的网站用户有：百度、淘宝、京东、腾讯、新浪、网易等。
反向代理
①正向代理
Nginx 不仅可以做反向代理，实现负载均衡，还能用做正向代理来进行上网等功能。
②反向代理
客户端对代理服务器是无感知的，客户端不需要做任何配置，用户只请求反向代理服务器，反向代理服务器选择目标服务器，获取数据后再返回给客户端。
反向代理服务器和目标服务器对外而言就是一个服务器，只是暴露的是代理服务器地址，而隐藏了真实服务器的 IP 地址。
负载均衡
将原先请求集中到单个服务器上的情况改为增加服务器的数量，然后将请求分发到各个服务器上，将负载分发到不同的服务器，即负载均衡。
动静分离
为了加快网站的解析速度，可以把静态页面和动态页面由不同的服务器来解析，加快解析速度，降低原来单个服务器的压力。
高可用
为了提高系统的可用性和容错能力，可以增加 Nginx 服务器的数量，当主服务器发生故障或宕机，备份服务器可以立即充当主服务器进行不间断工作。
Nginx 配置文件
①文件结构
- ... #全局块
- events { #events块
- ...
- }
- http #http块
- {
- ... #http全局块
- server #server块
- {
- ... #server全局块
- location [PATTERN] #location块
- {
- ...
- }
- location [PATTERN]
- {
- ...
- }
- }
- server
- {
- ...
- }
- ... #http全局块
- }
Nginx 配置文件由三部分组成：
- 全局块，主要设置一些影响 Nginx 服务器整体运行的配置指令。比如：worker_processes 1;worker_processes 值越大，可以支持的并发处理量就越多。
- Events 块，涉及的指令主要影响 Nginx 服务器与用户的网络连接。比如：worker_connections 1024;支持的最大连接数。
- HTTP 块，又包括 HTTP 全局块和 Server 块，是服务器配置中最频繁的部分，包括配置代理、缓存、日志定义等绝大多数功能。Server 块：配置虚拟主机的相关参数。Location 块：配置请求路由，以及各种页面的处理情况。
②配置文件
- ########### 每个指令必须有分号结束。#################
- #user administrator administrators; #配置用户或者组，默认为nobody nobody。
- #worker_processes 2; #允许生成的进程数，默认为1
- #pid /nginx/pid/nginx.pid; #指定nginx进程运行文件存放地址
- error_log log/error.log debug; #制定日志路径，级别。这个设置可以放入全局块，http块，server块，级别以此为：debug|info|notice|warn|error|crit|alert|emerg
- events {
- accept_mutex on; #设置网路连接序列化，防止惊群现象发生，默认为on
- multi_accept on; #设置一个进程是否同时接受多个网络连接，默认为off
- #use epoll; #事件驱动模型，select|poll|kqueue|epoll|resig|/dev/poll|eventport
- worker_connections 1024; #最大连接数，默认为512
- }
- http {
- include mime.types; #文件扩展名与文件类型映射表
- default_type application/octet-stream; #默认文件类型，默认为text/plain
- #access_log off; #取消服务日志
- log_format myFormat '$remote_addr–$remote_user [$time_local] $request $status $body_bytes_sent $http_referer $http_user_agent $http_x_forwarded_for'; #自定义格式
- access_log log/access.log myFormat; #combined为日志格式的默认值
- sendfile on; #允许sendfile方式传输文件，默认为off，可以在http块，server块，location块。
- sendfile_max_chunk 100k; #每个进程每次调用传输数量不能大于设定的值，默认为0，即不设上限。
- keepalive_timeout 65; #连接超时时间，默认为75s，可以在http，server，location块。
- upstream mysvr {
- server 127.0.0.1:7878;
- server 192.168.10.121:3333 backup; #热备
- }
- error_page 404 https://www.baidu.com; #错误页
- server {
- keepalive_requests 120; #单连接请求上限次数。
- listen 4545; #监听端口
- server_name 127.0.0.1; #监听地址
- location ~*^.+$ { #请求的url过滤，正则匹配，~为区分大小写，~*为不区分大小写。
- #root path; #根目录
- #index vv.txt; #设置默认页
- proxy_pass http://mysvr; #请求转向mysvr 定义的服务器列表
- deny 127.0.0.1; #拒绝的ip
- allow 172.18.5.54; #允许的ip
- }
- }
- }
配置实例
下面通过配置 Nginx 配置文件，实现正向代理、反向代理、负载均衡、Nginx 缓存、动静分离和高可用 Nginx 6 种功能，并对 Nginx 的原理作进一步的解析。当需要使用 Nginx 配置文件时，参考本文实例即可，建议收藏。
①正向代理
正向代理的代理对象是客户端。正向代理就是代理服务器替客户端去访问目标服务器。
实现效果：在浏览器输入 www.google.com , 浏览器跳转到 www.google.com 。
具体配置：
- server{
- resolver 8.8.8.8;
- listen 80;
- location / {
- proxy_pass http://$http_host$request_uri;
- }
- }
在需要访问外网的客户端上执行以下一种操作即可：
- 1. 方法1（推荐）
- export http_proxy=http://你的正向代理服务器地址：代理端口
- 2. 方法2
- vim ~/.bashrc
- export http_proxy=http://你的正向代理服务器地址：代理端口
②反向代理
反向代理指代理后端服务器响应客户端请求的一个中介服务器，代理的对象是服务端。
实现效果：在浏览器输入 www.abc.com , 从 Nginx 服务器跳转到 Linux 系统 Tomcat 主页面。
具体配置：
- server {
- listen 80;
- server_name 192.168.4.32; #监听地址
- location / {
- root html; #/html目录
- proxy_pass http://127.0.0.1:8080; #请求转向
- index index.html index.htm; #设置默认页
- }
- }
实现效果：根据在浏览器输入的路径不同，跳转到不同端口的服务中。
具体配置：
- server {
- listen 9000;
- server_name 192.168.4.32; #监听地址
- location ~ /example1/ {
- proxy_pass http://127.0.0.1:5000;
- }
- location ~ /example2/ {
- proxy_pass http://127.0.0.1:8080;
- }
- }
Location 指令说明：
- ~：表示 uri 包含正则表达式，且区分大小写。
- ~*：表示 uri 包含正则表达式，且不区分大小写。
- =：表示 uri 不含正则表达式，要求严格匹配。
③负载均衡
实现效果：在浏览器地址栏输入 http://192.168.4.32/example/a.html ，平均到 5000 和 8080 端口中，实现负载均衡效果。
具体配置：
- upstream myserver {
- server 192.167.4.32:5000;
- server 192.168.4.32:8080;
- }
- server {
- listen 80; #监听端口
- server_name 192.168.4.32; #监听地址
- location / {
- root html; #html目录
- index index.html index.htm; #设置默认页
- proxy_pass http://myserver; #请求转向 myserver 定义的服务器列表
- }
- }
Nginx 分配服务器策略：
轮询(默认)：按请求的时间顺序依次逐一分配，如果服务器 down 掉，能自动剔除。
权重：weight 越高，被分配的客户端越多，默认为 1。
比如：
- upstream myserver {
- server 192.167.4.32:5000 weight=10;
- server 192.168.4.32:8080 weight=5;
- }
IP：按请求 IP 的 Hash 值分配，每个访客固定访问一个后端服务器。
比如：
- upstream myserver {
- ip_hash;
- server 192.167.4.32:5000;
- server 192.168.4.32:8080;
- }
Fair：按后端服务器的响应时间来分配，响应时间短的优先分配到请求。
比如：
- upstream myserver {
- fair;
- server 192.168.4.32:5000;
- server 192.168.4.32:8080;
- }
④Nginx 缓存
实现效果：在 3 天内，通过浏览器地址栏访问 http://192.168.4.32/a.jpg，不会从服务器抓取资源，3 天后(过期)则从服务器重新下载。
具体配置：
- # http 区域下添加缓存区配置
- proxy_cache_path /tmp/nginx_proxy_cache levels=1 keys_zone=cache_one:512m inactive=60s max_size=1000m;
- # server 区域下添加缓存配置
- location ~ \.(gif|jpg|png|htm|html|css|js)(.*) {
- proxy_pass http://192.168.4.32:5000；#如果没有缓存则转向请求
- proxy_redirect off;
- proxy_cache cache_one;
- proxy_cache_valid 200 1h; #对不同的 HTTP 状态码设置不同的缓存时间
- proxy_cache_valid 500 1d;
- proxy_cache_valid any 1m;
- expires 3d;
- }
Expires 是给一个资源设定一个过期时间，通过 Expires 参数设置，可以使浏览器缓存过期时间之前的内容，减少与服务器之间的请求和流量。
也就是说无需去服务端验证，直接通过浏览器自身确认是否过期即可，所以不会产生额外的流量。此种方法非常适合不经常变动的资源。
⑤动静分离
实现效果：通过浏览器地址栏访问 www.abc.com/a.html ，访问静态资源服务器的静态资源内容。
通过浏览器地址栏访问 www.abc.com/a.jsp ，访问动态资源服务器的动态资源内容。
具体配置：
- upstream static {
- server 192.167.4.31:80;
- }
- upstream dynamic {
- server 192.167.4.32:8080;
- }
- server {
- listen 80; #监听端口
- server_name www.abc.com; 监听地址
- # 拦截动态资源
- location ~ .*\.(php|jsp)$ {
- proxy_pass http://dynamic;
- }
- # 拦截静态资源
- location ~ .*\.(jpg|png|htm|html|css|js)$ {
- root /data/; #html目录
- proxy_pass http://static;
- autoindex on;; #自动打开文件列表
- }
- }
⑥高可用
一般情况下，通过 Nginx 主服务器访问后台目标服务集群，当主服务器挂掉后，自动切换至备份服务器，此时由备份服务器充当主服务器的角色，访问后端目标服务器。
实现效果：准备两台 Nginx 服务器，通过浏览器地址栏访问虚拟 IP 地址，把主服务器的 Nginx 停止，再次访问虚拟 IP 地址仍旧有效。
具体配置：
- # 安装 keepalived
- yum install keepalived -y
- # 检查版本
- rpm -q -a keepalived
- keepalived-1.3.5-16.el7.x86_64
1.在两台 Nginx 服务器上安 Keepalived：Keepalived 相当于一个路由，它通过一个脚本来检测当前服务器是否还活着，如果还活着则继续访问，否则就切换到另一台备份服务器。
2.修改主备服务器 /etc/keepalived/keepalivec.conf 配置文件(可直接替换)，完成高可用主从配置。
Keepalived 将 Nginx 服务器绑定到一个虚拟 IP，Nginx 高可用集群对外统一暴露这个虚拟 IP，客户端都是通过访问这个虚拟 IP 来访问 Nginx 服务器 。
- global_defs {
- notification_email {
- acassen@firewall.loc
- failover@firewall.loc
- sysadmin@firewall.loc
- }
- notification_email_from_Alexandre.Cassen@firewall.loc
- smtp_server 192.168.4.32
- smtp_connect_timeout 30
- router_id LVS_DEVEL # 在 /etc/hosts 文件中配置，通过它能访问到我们的主机
- }
- vrrp_script_chk_http_port {
- script "/usr/local/src/nginx_check.sh"
- interval 2 # 检测脚本执行的时间间隔
- weight 2 # 权重每次加2
- }
- vrrp_instance VI_1 {
- interface ens7f0 # 网卡，需根据情况修改
- state MASTER # 备份服务器上将 MASTER 改为 BACKUP
- virtual_router_id 51 # 主备机的 virtual_router_id 必须相同
- priority 100 # 主备机取不同的优先级，主机值较大，备份机值较小
- advert_int 1 # 每隔多长时间（默认1s）发送一次心跳，检测服务器是否还活着
- authentication {
- auth_type PASS
- auth_pass 1111
- }
- virtual_ipaddress {
- 192.168.1.100 # VRRP H 虚拟地址，可以绑定多个
- }
- }
字段说明如下：
router_id：在 /etc/hosts 文件中配置，通过它能访问到我们的主机。
- 127.0.0.1 localhost localhost.localdomain localhost4 localhost4.localdomain4
- ::1 localhost localhost.localdomain localhost6 localhost6.localdomain6
- 127.0.0.1 LVS_DEVEL
interval：设置脚本执行的间隔时间。
weight：当脚本执行失败即 Keepalived 或 Nginx 挂掉时，权重增加的值(可为负数)。
interface：输入 ifconfig 命令查看当前的网卡名是什么。
- ens7f0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu 1500
- inet 192.168.4.32 netmask 255.255.252.0 broadcast 192.168.7.255
- inet6 fe80::e273:9c3c:e675:7c60 prefixlen 64 scopeid 0x20<link>
- ... ...
3.在 /usr/local/src 目录下添加检测脚本 nginx_check.sh：
- #!/bin/bash
- A=`ps -C nginx -no-header |wc -l`
- if [ $A -eq 0 ];then
- /usr/local/nginx/sbin/nginx
- sleep 2
- if [ ps -C nginx -no-header |wc -l` -eq 0 ];then
- killall keepalived
- fi
- fi
4.启动两台服务器的 Nginx 和 Keepalived：
- # 启动 nginx
- ./nginx
- # 启动 keepalived
- systemctl start keepalived.service
5.查看虚拟 IP 地址 IP a。把主服务器 192.168.4.32 Nginx 和 Keepalived 停止，再访问虚拟 IP 查看高可用效果。
原理解析
Nginx 启动之后，在 Linux 系统中有两个进程，一个为 Master，一个为 Worker。
Master 作为管理员不参与任何工作，只负责给多个 Worker 分配不同的任务(Worker 一般有多个)。
- ps -ef |grep nginx
- root 20473 1 0 2019 ? 00:00:00 nginx: master process /usr/sbin/nginx
- nginx 4628 20473 0 Jan06 ? 00:00:00 nginx: worker process
- nginx 4629 20473 0 Jan06 ? 00:00:00 nginx: worker process
Worker 是如何工作的?客户端发送一个请求首先要经过 Master，管理员收到请求后会将请求通知给 Worker。
多个 Worker 以争抢的机制来抢夺任务，得到任务的 Worker 会将请求经由 Tomcat 等做请求转发、反向代理、访问数据库等(Nginx 本身是不直接支持 Java 的)。
一个 Master 和多个 Worker 的好处?
- 可以使用 nginx -s reload 进行热部署。
- 每个 Worker 是独立的进程，如果其中一个 Worker 出现问题，其他 Worker 是独立运行的，会继续争抢任务，实现客户端的请求过程，而不会造成服务中断。
设置多少个 Worker 合适?Nginx 和 Redis 类似，都采用了 IO 多路复用机制，每个 Worker 都是一个独立的进程，每个进程里只有一个主线程。
通过异步非阻塞的方式来处理请求，每个 Worker 的线程可以把一个 CPU 的性能发挥到极致，因此，Worker 数和服务器的 CPU 数相等是最为适宜的。
思考：
- 发送一个请求，会占用 Worker 几个连接数?
- 有一个 Master 和 4 个 Worker，每个 Worker 支持的最大连接数为 1024，该系统支持的最大并发数是多少?
恭喜!目前为止你已经掌握了 Nginx 6 种功能的配置方式，并和我一起进一步探讨了 Nginx 的原理。最后两个面试中可能会问到的思考题，欢迎大家评论区积极讨论。
作者：臧远慧
简介：就职于中科星图股份有限公司(北京)，研发部后端技术组。个人擅长 Python/Java 开发，了解前端基础;熟练掌握 MySQL，MongoDB，了解 Redis;熟悉 Linux 开发环境，掌握 Shell 编程，有良好的 Git 源码管理习惯;精通 Nginx ，Flask、Swagger 开发框架;有 Docker+Kubernetes 云服务开发经验。对人工智能、云原生技术有较大的兴趣。
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