初识Nginx

Nginx概述

Nginx (engine x) 是一款轻量级的 Web 服务器 、反向代理服务器及电子邮件（IMAP/POP3）代理服务器。

由伊戈尔·赛索耶夫创建并于2004年首次公开发布。2011年成立同名公司以提供支持。2019年3月11日，Nginx公司被F5 Networks以6.7亿美元收购。

Nginx是免费的开源软件，根据类BSD许可证的条款发布。一大部分Web服务器使用Nginx，通常作为负载均衡器。

• Apache：Apache 软件基金会的一个开放源码的网页服务器，可以在大多数计算机操作系统中运行。由于其多平台和安全性被广泛使用，是最流行的 Web服务器端软件之一。它快速、可靠并且可通过简单的 API 扩展，将 Perl/Python 等解释器编译到服务器中。
• Microsoft：微软提供的基于运行 Microsoft Windows 的互联网基本服务。互联网信息服务（Internet Information Services），简称 IIS。
• Google：谷歌自主开发的 Google Web Server，简称 gws 。
• nginx：由伊戈尔·赛索耶夫为俄罗斯访问量第二的 Rambler.ru 站点开发的，免费开源、轻量级、高性能 Web 服务器。

Tengine

Tengine

Tengine是由淘宝网发起的Web服务器项目。它在Nginx的基础上，针对大访问量网站的需求，添加了很多高级功能和特性。Tengine的性能和稳定性已经在大型的网站如淘宝网，天猫商城等得到了很好的检验。它的最终目标是打造一个高效、稳定、安全、易用的Web平台。

OpenResty

OpenResty

OpenResty® 是一个基于 Nginx 与 Lua 的高性能 Web 平台，其内部集成了大量精良的 Lua 库、第三方模块以及大多数的依赖项。用于方便地搭建能够处理超高并发、扩展性极高的动态 Web 应用、Web 服务和动态网关。

国内主流网站的使用情况

• 百度主页

  $ curl -I https://www.baidu.com/
  HTTP/1.1 200 OK
  Accept-Ranges: bytes
  Cache-Control: private, no-cache, no-store, proxy-revalidate, no-transform
  Connection: keep-alive
  Content-Length: 277
  Content-Type: text/html
  Date: Tue, 24 Nov 2020 09:23:21 GMT
  Etag: "575e1f5d-115"
  Last-Modified: Mon, 13 Jun 2016 02:50:05 GMT
  Pragma: no-cache
  Server: bfe/1.0.8.18

• 淘宝主站

  $ curl -I https://www.taobao.com/
  HTTP/2 200
  server: Tengine
  ...

• 腾讯主站

  $ curl -I https://www.qq.com/
  HTTP/2 200
  date: Tue, 24 Nov 2020 09:26:35 GMT
  content-type: text/html; charset=GB2312
  server: squid/3.5.24
  ...

• 腾讯邮箱

  $ curl -I https://mail.qq.com/
  HTTP/2 200
  server: nginx
  ...

• 新浪

  $ curl -I https://sina.com/
  HTTP/1.1 200 OK
  Server: nginx/1.13.7
  ...

• 头条

  $ curl -I https://www.toutiao.com/
  HTTP/2 200
  server: Tengine
  ...

• 京东

  $ curl -I https://www.jd.com/
  HTTP/1.1 200 OK
  Server: nginx
  ...

• 美团

  $ curl -I https://www.meituan.com/
  HTTP/1.1 302 Moved Temporarily
  Server: openresty

为什么选择 nginx？

• 更快

  • 正常情况下，单次次请求的响应更快
  • 高并发情况下，相比其他服务器响应更快

• 高扩展性

  nginx 由不同层次，不同功能，不同类型的低耦合的模块组成。

• 高可靠性

  Master/Wokr工作模式

• 低内存消耗

  一般情况下，10000个非活跃的HTTP keep-alive连接在nginx中仅消耗2.5MB内存。

• 单机支持10w以上的并发连接

  理论上，Nginx支持的并发连接上限取决于内存，10w远未封顶。

• 热部署

• 最自由的BSD协议

正向代理

正向代理是一个位于客户端和目标服务器之间的服务器(代理服务器)，为了从目标服务器取得内容，客户端向代理服务器发送一个请求并指定目标，然后代理服务器向目标服务器转交请求并将获得的内容返回给客户端。

为什么要使用正向代理：

• 突破访问限制

  比如我们日常使用VPN来访问国外网站

• 提高访问速度

  通常代理服务器都设置一个较大的硬盘缓冲区，会将部分请求的响应保存到缓冲区中，当其他用户再访问相同的信息时， 则直接由缓冲区中取出信息，传给用户，以提高访问速度。

• 隐藏客户端真实IP

反向代理

反向代理是指以代理服务器来接受internet上的连接请求，然后将请求转发给内部网络上的服务器，并将从服务器上得到的结果返回给internet上请求连接的客户端，此时代理服务器对外就表现为一个反向代理服务器。

为什么使用反向代理?

• 保护和隐藏原始资源服务器
• 加密和SSL加速
• 通过缓存静态资源，加速Web请求
• 实现负载均衡

正向代理与反向代理的区别

• 正向代理和反向代理的区别在于代理的对象不同。正向代理代理的是客户端，反向代理代理的是服务端。

• 正向代理一般是在客户端架设，比如安装代理软件等，反向代理一般是服务端架设。

• 正向代理中，服务器不知道真正的客户端到底是谁，以为访问自己的就是真实的客户端。而在反向代理中，客户端不知道真正的服务器是谁，以为自己访问的就是真实的服务器

• 正向代理和反向代理的作用和目的不同。正向代理主要是用来解决访问限制问题。而反向代理则是提供负载均衡、安全防护等作用。二者均能提高访问速度。

负载均衡

nginx 进程模型

nginx 常用命令

参数	含义
-?,-h	this help
-v	show version and exit
-V	show version and configure options then exit
-t	test configuration and exit
-T	test configuration, dump it and exit
-q	suppress non-error messages during configuration testing
-s signal	send signal to a master process: stop, quit, reopen, reload
-p prefix	set prefix path (default: /etc/nginx/)
-c filename	set configuration file (default: /etc/nginx/nginx.conf)
-g directives	set global directives out of configuration file

nginx配置文件

demo

user  nginx;
worker_processes  1;

error_log  /var/log/nginx/error.log warn;
pid        /var/run/nginx.pid;


events {
    worker_connections  1024;
}


http {
    include       /etc/nginx/mime.types;
    default_type  application/octet-stream;

    log_format  main  '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
                      '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
                      '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';

    access_log  /var/log/nginx/access.log  main;

    sendfile        on;
    #tcp_nopush     on;

    keepalive_timeout  65;

    #gzip  on;

    include /etc/nginx/conf.d/*.conf;
}

语法

• 配置文件由指令与指令块构成
• 每条指令以;分号结尾，指令与参数间以空格符合分割
• 指令块以{} 大括号将多条指令组织在一起
• include 语句允许组合多个配置文件以提升可维护性
• 使用 # 符号添加注释，提高可读性
• 使用 $ 符号使用变量
• 部分指令的参数支持正则表达式

nginx配置构成

• 全局块

  从配置文件开始到events之间的模块配置，配置影响nginx全局的指令。一般有运行nginx服务器的用户组，nginx进程pid存放路径，日志存放路径，配置文件引入，允许生成worker process数等。

  user
  work_process: auto | 4;

• events

  events 主要影响 nginx 服务器与用户网络的链接。有每个进程的最大连接数，选取哪种事件驱动模型处理连接请求，是否允许同时接受多个网路连接，开启多个网络连接序列化等

  events {
    use epoll;
    work_connections 65535;
    # ...
  }

• http

  nginx中配置最频繁的部分。可以嵌套多个server，配置代理，缓存，日志定义等绝大多数功能和第三方模块的配置。

  http分为全局块，server 块。

  http {
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;
    upstream node_cluster {
      server 10.16.48.158:8080;
      server 10.16.48.158:8081;
      server 10.16.48.158:8082;
    }
    server {
      server_name docker.test;
      listen 80;
      index index.html index.htm;
      root /apps/;
      location ~ /docker/ {
        proxy_pass http://node_cluster;
        proxy_http_version 1.1;
        proxy_set_header Upgrade $http_upgrade;
        proxy_set_header Connection 'upgrade';
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_cache_bypass $http_upgrade;
      }
      access_log  /var/log/nginx/docker.test.log;
      error_log  /var/log/nginx/docker.test.error.log;
    }
  }

• location的基本语法

  • 匹配URI类型，有四种参数可选，也可不带参数
  • 命令location, 用@来标识

location [ = | ~ | ~* | ^~ ] /URI {...}
location @/name/ {...}

参数	解释
空	location后没有参数，直接跟着标准URI,表示前缀匹配，代表跟请求中的URI从头开始匹配
=	用于标准 URI 前，要求请求字符串与其精准匹配，成功则立即处理，nginx停止搜索其他匹配。
^~	用于标准 URI 前，并要求一旦匹配到就会立即处理，不再去匹配其他的那些个正则 URI，一般用来匹配目录
~	用于正则 URI 前，表示 URI 包含正则表达式， 区分大小写
~*	用于正则 URI 前， 表示 URI 包含正则表达式， 不区分大小写
@	@ 定义一个命名的 location，@ 定义的locaiton名字一般用在内部定向，例如error_page, try_files命令中。它的功能类似于编程中的goto。

location 匹配顺序

nginx有两层指令来匹配请求 URI 。第一个层次是 server 指令，它通过域名、ip 和端口来做第一层级匹配，当找到匹配的 server 后就进入此 server 的 location 匹配。

location 的匹配并不完全按照其在配置文件中出现的顺序来匹配，请求URI 会按如下规则进行匹配：

• 先精准匹配 = ，精准匹配成功则会立即停止其他类型匹配；
• 没有精准匹配成功时，进行前缀匹配。先查找带有 ^~ 的前缀匹配，带有 ^~ 的前缀匹配成功则立即停止其他类型匹配，普通前缀匹配（不带参数 ^~ ）成功则会暂存，继续查找正则匹配；
• = 和 ^~ 均未匹配成功前提下，查找正则匹配 ~ 和 ~* 。当同时有多个正则匹配时，按其在配置文件中出现的先后顺序优先匹配，命中则立即停止其他类型匹配；
• 所有正则匹配均未成功时，返回步骤 2 中暂存的普通前缀匹配（不带参数 ^~ ）结果

以上规则简单总结就是优先级从高到低依次为（序号越小优先级越高）：

1. location = # 精准匹配
2. location ^~ # 带参前缀匹配
3. location ~ # 正则匹配（区分大小写）
4. location ~* # 正则匹配（不区分大小写）
5. location /a # 普通前缀匹配，优先级低于带参数前缀匹配。
6. location / # 任何没有匹配成功的，都会匹配这里处理

http模块配置

nginx负载均衡的几种方法

轮询(round-robin)

每个请求按时间顺序逐一分配到不同的后端服务器，如果后端服务器down掉，能自动剔除

upstream node_cluster {
    server 10.16.48.158:8080;
    server 10.16.48.158:8081;
    server 10.16.48.158:8082;
}
server {
    ...
    location ~ /docker/ {
        proxy_pass http://node_cluster;
    }
    ...
}

加权轮询

upstream node_cluster {
    server 10.16.48.158:8080 weight=2;
    server 10.16.48.158:8081 weight=1;
    server 10.16.48.158:8082 weight=1;
}
server {
    ...
    root /apps/;
    location ~ /docker/ {
        proxy_pass http://node_cluster;
        ...
    }
}

ip-hash

根据每个请求的ip的hash结果分配，因此每个固定ip能访问到同一个后端服务器，可以解决session问题。

upstream node_cluster {
    ip_hash;
    server 10.16.48.158:8080;
    server 10.16.48.158:8081;
    server 10.16.48.158:8082;
}
server {
    ...
    root /apps/;
    location ~ /docker/ {
        proxy_pass http://node_cluster;
        ...
    }
}

热备

upstream node_cluster {
    ip_hash;
    server 10.16.48.158:8080;
    server 10.16.48.158:8081;
    server 10.16.48.158:8082 back;
}

其他的一些方式

• fair（第三方）

  按照后端服务器的响应时间来分配请求，响应时间短的优先分配。

  upstream favresin{
      server 10.0.0.10:8080;
      server 10.0.0.11:8080;
      fair;
  }

• url_hash（第三方）

  按访问url的hash结果来分配请求，使每个url定向到同一个后端服务器，后端服务器为缓存时比较有效。

  upstream resinserver{
      server 10.0.0.10:7777;
      server 10.0.0.11:8888;
      hash $request_uri;
      hash_method crc32;
  }

  参数解释

• down，表示当前的server暂时不参与负载均衡。

• backup，预留的备份机器。当其他所有的非backup机器出现故障或者忙的时候，才会请求backup机器，因此这台机器的压力最轻。

• max_fails，允许请求失败的次数，默认为1。当超过最大次数时，返回proxy_next_upstream 模块定义的错误。

• fail_timeout，请求失败超时时间，在经历了max_fails次失败后，暂停服务的时间。max_fails和fail_timeout可以一起使用

参考

• nginx中文文档
• Nginx开发从入门到精通
• 终于有人把正向代理和反向代理解释的明明白白了
• nignx 负载均衡的几种算法介绍
• hash 算法原理及应用漫谈
• Alphabetical index of variables