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【稿件】本文首先介紹 Nginx 的反向代理、負(fù)載均衡、動(dòng)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(lái)自 Pexels
Nginx 是開(kāi)源的輕量級(jí) 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(kāi)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(gè)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(shí)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(lái)進(jìn)行上網(wǎng)等功能。
②反向代理
客戶端對(duì)代理服務(wù)器是無(wú)感知的,客戶端不需要做任何配置,用戶只請(qǐng)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(duì)外而言就是一個(gè)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(qǐng)求集中到單個(gè)服務(wù)器上的情況改為增加服務(wù)器的數(shù)量,然后將請(qǐng)求分發(fā)到各個(gè)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(dòng)靜分離
為了加快網(wǎng)站的解析速度,可以把靜態(tài)頁(yè)面和動(dòng)態(tài)頁(yè)面由不同的服務(wù)器來(lái)解析,加快解析速度,降低原來(lái)單個(gè)服務(wù)器的壓力。
高可用
為了提高系統(tǒng)的可用性和容錯(cuò)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)
- ... #全局塊
- events { #events塊
- ...
- }
- http #http塊
- {
- ... #http全局塊
- server #server塊
- {
- ... #server全局塊
- location [PATTERN] #location塊
- {
- ...
- }
- location [PATTERN]
- {
- ...
- }
- }
- server
- {
- ...
- }
- ... #http全局塊
- }
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(qǐng)求路由,以及各種頁(yè)面的處理情況。
②配置文件
- ########### 每個(gè)指令必須有分號(hào)結(jié)束。#################
- #user administrator administrators; #配置用戶或者組,默認(rèn)為nobody nobody。
- #worker_processes 2; #允許生成的進(jìn)程數(shù),默認(rèn)為1
- #pid /nginx/pid/nginx.pid; #指定nginx進(jìn)程運(yùn)行文件存放地址
- error_log log/error.log debug; #制定日志路徑,級(jí)別。這個(gè)設(shè)置可以放入全局塊,http塊,server塊,級(jí)別以此為:debug|info|notice|warn|error|crit|alert|emerg
- events {
- 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
- multi_accept on; #設(shè)置一個(gè)進(jìn)程是否同時(shí)接受多個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接,默認(rèn)為off
- #use epoll; #事件驅(qū)動(dòng)模型,select|poll|kqueue|epoll|resig|/dev/poll|eventport
- worker_connections 1024; #最大連接數(shù),默認(rèn)為512
- }
- http {
- include mime.types; #文件擴(kuò)展名與文件類型映射表
- default_type application/octet-stream; #默認(rèn)文件類型,默認(rèn)為text/plain
- #access_log off; #取消服務(wù)日志
- log_format myFormat '$remote_addr–$remote_user [$time_local] $request $status $body_bytes_sent $http_referer $http_user_agent $http_x_forwarded_for'; #自定義格式
- access_log log/access.log myFormat; #combined為日志格式的默認(rèn)值
- sendfile on; #允許sendfile方式傳輸文件,默認(rèn)為off,可以在http塊,server塊,location塊。
- sendfile_max_chunk 100k; #每個(gè)進(jìn)程每次調(diào)用傳輸數(shù)量不能大于設(shè)定的值,默認(rèn)為0,即不設(shè)上限。
- keepalive_timeout 65; #連接超時(shí)時(shí)間,默認(rèn)為75s,可以在http,server,location塊。
- upstream mysvr {
- server 127.0.0.1:7878;
- server 192.168.10.121:3333 backup; #熱備
- }
- error_page 404 https://www.baidu.com; #錯(cuò)誤頁(yè)
- server {
- keepalive_requests 120; #單連接請(qǐng)求上限次數(shù)。
- listen 4545; #監(jiān)聽(tīng)端口
- server_name 127.0.0.1; #監(jiān)聽(tīng)地址
- location ~*^.+$ { #請(qǐng)求的url過(guò)濾,正則匹配,~為區(qū)分大小寫(xiě),~*為不區(qū)分大小寫(xiě)。
- #root path; #根目錄
- #index vv.txt; #設(shè)置默認(rèn)頁(yè)
- proxy_pass http://mysvr; #請(qǐng)求轉(zhuǎn)向mysvr 定義的服務(wù)器列表
- deny 127.0.0.1; #拒絕的ip
- allow 172.18.5.54; #允許的ip
- }
- }
- }
配置實(shí)例
下面通過(guò)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(dòng)靜分離和高可用 Nginx 6 種功能,并對(duì) Nginx 的原理作進(jìn)一步的解析。當(dāng)需要使用 Nginx 配置文件時(shí),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(duì)象是客戶端。正向代理就是代理服務(wù)器替客戶端去訪問(wèn)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:
- server{
- resolver 8.8.8.8;
- listen 80;
- location / {
- proxy_pass http://$http_host$request_uri;
- }
- }
在需要訪問(wèn)外網(wǎng)的客戶端上執(zhí)行以下一種操作即可:
- 1. 方法1(推薦)
- export http_proxy=http://你的正向代理服務(wù)器地址:代理端口
- 2. 方法2
- vim ~/.bashrc
- 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(qǐng)求的一個(gè)中介服務(wù)器,代理的對(duì)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(yè)面。
具體配置:
- server {
- listen 80;
- server_name 192.168.4.32; #監(jiān)聽(tīng)地址
- location / {
- root html; #/html目錄
- proxy_pass http://127.0.0.1:8080; #請(qǐng)求轉(zhuǎn)向
- index index.html index.htm; #設(shè)置默認(rèn)頁(yè)
- }
- }
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:
- server {
- listen 9000;
- server_name 192.168.4.32; #監(jiān)聽(tīng)地址
- location ~ /example1/ {
- proxy_pass http://127.0.0.1:5000;
- }
- location ~ /example2/ {
- proxy_pass http://127.0.0.1:8080;
- }
- }
Location 指令說(shuō)明:
- ~:表示 uri 包含正則表達(dá)式,且區(qū)分大小寫(xiě)。
- ~*:表示 uri 包含正則表達(dá)式,且不區(qū)分大小寫(xiě)。
- =: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:
- upstream myserver {
- server 192.167.4.32:5000;
- server 192.168.4.32:8080;
- }
- server {
- listen 80; #監(jiān)聽(tīng)端口
- server_name 192.168.4.32; #監(jiān)聽(tīng)地址
- location / {
- root html; #html目錄
- index index.html index.htm; #設(shè)置默認(rèn)頁(yè)
- proxy_pass http://myserver; #請(qǐng)求轉(zhuǎn)向 myserver 定義的服務(wù)器列表
- }
- }
Nginx 分配服務(wù)器策略:
輪詢(默認(rèn)):按請(qǐng)求的時(shí)間順序依次逐一分配,如果服務(wù)器 down 掉,能自動(dòng)剔除。
權(quán)重:weight 越高,被分配的客戶端越多,默認(rèn)為 1。
比如:
- upstream myserver {
- server 192.167.4.32:5000 weight=10;
- server 192.168.4.32:8080 weight=5;
- }
IP:按請(qǐng)求 IP 的 Hash 值分配,每個(gè)訪客固定訪問(wèn)一個(gè)后端服務(wù)器。
比如:
- upstream myserver {
- ip_hash;
- server 192.167.4.32:5000;
- server 192.168.4.32:8080;
- }
Fair:按后端服務(wù)器的響應(yīng)時(shí)間來(lái)分配,響應(yīng)時(shí)間短的優(yōu)先分配到請(qǐng)求。
比如:
- upstream myserver {
- fair;
- server 192.168.4.32:5000;
- server 192.168.4.32:8080;
- }
④Nginx 緩存
實(shí)現(xiàn)效果:在 3 天內(nèi),通過(guò)瀏覽器地址欄訪問(wèn) http://192.168.4.32/a.jpg,不會(huì)從服務(wù)器抓取資源,3 天后(過(guò)期)則從服務(wù)器重新下載。
具體配置:
- # http 區(qū)域下添加緩存區(qū)配置
- proxy_cache_path /tmp/nginx_proxy_cache levels=1 keys_zone=cache_one:512m inactive=60s max_size=1000m;
- # server 區(qū)域下添加緩存配置
- location ~ \.(gif|jpg|png|htm|html|css|js)(.*) {
- proxy_pass http://192.168.4.32:5000;#如果沒(méi)有緩存則轉(zhuǎn)向請(qǐng)求
- proxy_redirect off;
- proxy_cache cache_one;
- proxy_cache_valid 200 1h; #對(duì)不同的 HTTP 狀態(tài)碼設(shè)置不同的緩存時(shí)間
- proxy_cache_valid 500 1d;
- proxy_cache_valid any 1m;
- expires 3d;
- }
Expires 是給一個(gè)資源設(shè)定一個(gè)過(guò)期時(shí)間,通過(guò) Expires 參數(shù)設(shè)置,可以使瀏覽器緩存過(guò)期時(shí)間之前的內(nèi)容,減少與服務(wù)器之間的請(qǐng)求和流量。
也就是說(shuō)無(wú)需去服務(wù)端驗(yàn)證,直接通過(guò)瀏覽器自身確認(rèn)是否過(guò)期即可,所以不會(huì)產(chǎn)生額外的流量。此種方法非常適合不經(jīng)常變動(dòng)的資源。
⑤動(dòng)靜分離
實(shí)現(xiàn)效果:通過(guò)瀏覽器地址欄訪問(wèn) www.abc.com/a.html ,訪問(wèn)靜態(tài)資源服務(wù)器的靜態(tài)資源內(nèi)容。
通過(guò)瀏覽器地址欄訪問(wèn) www.abc.com/a.jsp ,訪問(wèn)動(dòng)態(tài)資源服務(wù)器的動(dòng)態(tài)資源內(nèi)容。
具體配置:
- upstream static {
- server 192.167.4.31:80;
- }
- upstream dynamic {
- server 192.167.4.32:8080;
- }
- server {
- listen 80; #監(jiān)聽(tīng)端口
- server_name www.abc.com; 監(jiān)聽(tīng)地址
- # 攔截動(dòng)態(tài)資源
- location ~ .*\.(php|jsp)$ {
- proxy_pass http://dynamic;
- }
- # 攔截靜態(tài)資源
- location ~ .*\.(jpg|png|htm|html|css|js)$ {
- root /data/; #html目錄
- proxy_pass http://static;
- autoindex on;; #自動(dòng)打開(kāi)文件列表
- }
- }
⑥高可用
一般情況下,通過(guò) Nginx 主服務(wù)器訪問(wèn)后臺(tái)目標(biāo)服務(wù)集群,當(dāng)主服務(wù)器掛掉后,自動(dòng)切換至備份服務(wù)器,此時(shí)由備份服務(wù)器充當(dāng)主服務(wù)器的角色,訪問(wèn)后端目標(biāo)服務(wù)器。
實(shí)現(xiàn)效果:準(zhǔn)備兩臺(tái) Nginx 服務(wù)器,通過(guò)瀏覽器地址欄訪問(wèn)虛擬 IP 地址,把主服務(wù)器的 Nginx 停止,再次訪問(wèn)虛擬 IP 地址仍舊有效。
具體配置:
- # 安裝 keepalived
- yum install keepalived -y
- # 檢查版本
- rpm -q -a keepalived
- keepalived-1.3.5-16.el7.x86_64
1.在兩臺(tái) Nginx 服務(wù)器上安 Keepalived:Keepalived 相當(dāng)于一個(gè)路由,它通過(guò)一個(gè)腳本來(lái)檢測(cè)當(dāng)前服務(wù)器是否還活著,如果還活著則繼續(xù)訪問(wèn),否則就切換到另一臺(tái)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(gè)虛擬 IP,Nginx 高可用集群對(duì)外統(tǒng)一暴露這個(gè)虛擬 IP,客戶端都是通過(guò)訪問(wèn)這個(gè)虛擬 IP 來(lái)訪問(wèn) Nginx 服務(wù)器 。
- global_defs {
- notification_email {
- [email protected]
- [email protected]
- [email protected]
- }
- [email protected]
- smtp_server 192.168.4.32
- smtp_connect_timeout 30
- router_id LVS_DEVEL # 在 /etc/hosts 文件中配置,通過(guò)它能訪問(wèn)到我們的主機(jī)
- }
- vrrp_script_chk_http_port {
- script "/usr/local/src/nginx_check.sh"
- interval 2 # 檢測(cè)腳本執(zhí)行的時(shí)間間隔
- weight 2 # 權(quán)重每次加2
- }
- vrrp_instance VI_1 {
- interface ens7f0 # 網(wǎng)卡,需根據(jù)情況修改
- state MASTER # 備份服務(wù)器上將 MASTER 改為 BACKUP
- virtual_router_id 51 # 主備機(jī)的 virtual_router_id 必須相同
- priority 100 # 主備機(jī)取不同的優(yōu)先級(jí),主機(jī)值較大,備份機(jī)值較小
- advert_int 1 # 每隔多長(zhǎng)時(shí)間(默認(rèn)1s)發(fā)送一次心跳,檢測(cè)服務(wù)器是否還活著
- authentication {
- auth_type PASS
- auth_pass 1111
- }
- virtual_ipaddress {
- 192.168.1.100 # VRRP H 虛擬地址,可以綁定多個(gè)
- }
- }
字段說(shuō)明如下:
router_id:在 /etc/hosts 文件中配置,通過(guò)它能訪問(wèn)到我們的主機(jī)。
- 127.0.0.1 localhost localhost.localdomain localhost4 localhost4.localdomain4
- ::1 localhost localhost.localdomain localhost6 localhost6.localdomain6
- 127.0.0.1 LVS_DEVEL
interval:設(shè)置腳本執(zhí)行的間隔時(shí)間。
weight:當(dāng)腳本執(zhí)行失敗即 Keepalived 或 Nginx 掛掉時(shí),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。
- ens7f0: flags=4163
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
- ... ...
3.在 /usr/local/src 目錄下添加檢測(cè)腳本 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.啟動(dòng)兩臺(tái)服務(wù)器的 Nginx 和 Keepalived:
- # 啟動(dòng) nginx
- ./nginx
- # 啟動(dòng) keepalived
- 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(wèn)虛擬 IP 查看高可用效果。
原理解析
Nginx 啟動(dòng)之后,在 Linux 系統(tǒng)中有兩個(gè)進(jìn)程,一個(gè)為 Master,一個(gè)為 Worker。
Master 作為管理員不參與任何工作,只負(fù)責(zé)給多個(gè) Worker 分配不同的任務(wù)(Worker 一般有多個(gè))。
- 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?客戶端發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求首先要經(jīng)過(guò) Master,管理員收到請(qǐng)求后會(huì)將請(qǐng)求通知給 Worker。
多個(gè) Worker 以爭(zhēng)搶的機(jī)制來(lái)?yè)寠Z任務(wù),得到任務(wù)的 Worker 會(huì)將請(qǐng)求經(jīng)由 Tomcat 等做請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)、反向代理、訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)等(Nginx 本身是不直接支持 Java 的)。
一個(gè) Master 和多個(gè) Worker 的好處?
- 可以使用 nginx -s reload 進(jìn)行熱部署。
- 每個(gè) Worker 是獨(dú)立的進(jìn)程,如果其中一個(gè) Worker 出現(xiàn)問(wèn)題,其他 Worker 是獨(dú)立運(yùn)行的,會(huì)繼續(xù)爭(zhēng)搶任務(wù),實(shí)現(xiàn)客戶端的請(qǐng)求過(guò)程,而不會(huì)造成服務(wù)中斷。
設(shè)置多少個(gè) Worker 合適?Nginx 和 Redis 類似,都采用了 IO 多路復(fù)用機(jī)制,每個(gè) Worker 都是一個(gè)獨(dú)立的進(jìn)程,每個(gè)進(jìn)程里只有一個(gè)主線程。
通過(guò)異步非阻塞的方式來(lái)處理請(qǐng)求,每個(gè) Worker 的線程可以把一個(gè) 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(gè)請(qǐng)求,會(huì)占用 Worker 幾個(gè)連接數(shù)?
- 有一個(gè) Master 和 4 個(gè) Worker,每個(gè) 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(gè)面試中可能會(huì)問(wèn)到的思考題,歡迎大家評(píng)論區(qū)積極討論。
作者:臧遠(yuǎn)慧
簡(jiǎn)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(gè)人擅長(zhǎng) Python/Java 開(kāi)發(fā),了解前端基礎(chǔ);熟練掌握 MySQL,MongoDB,了解 Redis;熟悉 Linux 開(kāi)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(kāi)發(fā)框架;有 Docker+Kubernetes 云服務(wù)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)。對(duì)人工智能、云原生技術(shù)有較大的興趣。
【原創(chuàng)稿件,合作站點(diǎn)轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明原文作者和出處為.com】
分享題目:喜極而泣,我終于學(xué)會(huì)了Nginx!
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