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喜极而泣,我终于学会了Nginx!

51CTO技术栈 • 4 年前 • 378 次点击  

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!


图片来自 Pexels


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。

编辑:陶家龙

来源:https://juejin.im/post/5e1c263e5188254dc74a3b23

征稿:有投稿、寻求报道意向技术人请联络 editor@51cto.com

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