【51CTO.com原創稿件】本文首先介紹 Nginx 的反向代理、負載均衡、動靜分離和高可用的原理，隨后詳解 Nginx 的配置文件，帶大家從原理到實戰，徹底搞懂 Nginx!
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Nginx 是開源的輕量級 Web 服務器、反向代理服務器，以及負載均衡器和 HTTP 緩存器。其特點是高并發，高性能和低內存。
Nginx 專為性能優化而開發，性能是其最重要的考量，實現上非常注重效率，能經受高負載的考驗，最大能支持 50000 個并發連接數。
Nginx 還支持熱部署，它的使用特別容易，幾乎可以做到 7x24 小時不間斷運行。Nginx 的網站用戶有：百度、淘寶、京東、騰訊、新浪、網易等。
反向代理
①正向代理
Nginx 不僅可以做反向代理，實現負載均衡，還能用做正向代理來進行上網等功能。
②反向代理
客戶端對代理服務器是無感知的，客戶端不需要做任何配置，用戶只請求反向代理服務器，反向代理服務器選擇目標服務器，獲取數據后再返回給客戶端。
反向代理服務器和目標服務器對外而言就是一個服務器，只是暴露的是代理服務器地址，而隱藏了真實服務器的 IP 地址。
負載均衡
將原先請求集中到單個服務器上的情況改為增加服務器的數量，然后將請求分發到各個服務器上，將負載分發到不同的服務器，即負載均衡。
動靜分離
為了加快網站的解析速度，可以把靜態頁面和動態頁面由不同的服務器來解析，加快解析速度，降低原來單個服務器的壓力。
高可用
為了提高系統的可用性和容錯能力，可以增加 Nginx 服務器的數量，當主服務器發生故障或宕機，備份服務器可以立即充當主服務器進行不間斷工作。
Nginx 配置文件
①文件結構
... #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，主要設置一些影響 Nginx 服務器整體運行的配置指令。比如：worker_processes 1;worker_processes 值越大，可以支持的并發處理量就越多。
- Events 塊，涉及的指令主要影響 Nginx 服務器與用戶的網絡連接。比如：worker_connections 1024;支持的最大連接數。
- HTTP 塊，又包括 HTTP 全局塊和 Server 塊，是服務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功能。Server 塊：配置虛擬主機的相關參數。Location 塊：配置請求路由，以及各種頁面的處理情況。
②配置文件
########### 每個指令必須有分號結束。#################
#user administrator administrators; #配置用戶或者組，默認為nobody nobody。
#worker_processes 2; #允許生成的進程數，默認為1
#pid /nginx/pid/nginx.pid; #指定nginx進程運行文件存放地址
error_log log/error.log debug; #制定日志路徑，級別。這個設置可以放入全局塊，http塊，server塊，級別以此為：debug|info|notice|warn|error|crit|alert|emerg
events {
accept_mutex on; #設置網路連接序列化，防止驚群現象發生，默認為on
multi_accept on; #設置一個進程是否同時接受多個網絡連接，默認為off
#use epoll; #事件驅動模型，select|poll|kqueue|epoll|resig|/dev/poll|eventport
worker_connections 1024; #最大連接數，默認為512
}
http {
include mime.types; #文件擴展名與文件類型映射表
default_type Application/octet-stream; #默認文件類型，默認為text/plain
#access_log off; #取消服務日志
log_format myFormat '$remote_addr–$remote_user [$time_local] $request $status $body_bytes_sent $http_referer $http_user_agent $http_x_forwarded_for'; #自定義格式
access_log log/access.log myFormat; #combined為日志格式的默認值
sendfile on; #允許sendfile方式傳輸文件，默認為off，可以在http塊，server塊，location塊。
sendfile_max_chunk 100k; #每個進程每次調用傳輸數量不能大于設定的值，默認為0，即不設上限。
keepalive_timeout 65; #連接超時時間，默認為75s，可以在http，server，location塊。
upstream mysvr {
server 127.0.0.1:7878;
server 192.168.10.121:3333 backup; #熱備
}
error_page 404 https://www.baidu.com; #錯誤頁
server {
keepalive_requests 120; #單連接請求上限次數。
listen 4545; #監聽端口
server_name 127.0.0.1; #監聽地址
location ~*^.+$ { #請求的url過濾，正則匹配，~為區分大小寫，~*為不區分大小寫。
#root path; #根目錄
#index vv.txt; #設置默認頁
proxy_pass http://mysvr; #請求轉向mysvr 定義的服務器列表
deny 127.0.0.1; #拒絕的ip
allow 172.18.5.54; #允許的ip
}
}
}
配置實例
下面通過配置 Nginx 配置文件，實現正向代理、反向代理、負載均衡、Nginx 緩存、動靜分離和高可用 Nginx 6 種功能，并對 Nginx 的原理作進一步的解析。當需要使用 Nginx 配置文件時，參考本文實例即可，建議收藏。
①正向代理
正向代理的代理對象是客戶端。正向代理就是代理服務器替客戶端去訪問目標服務器。
實現效果：在瀏覽器輸入 www.google.com , 瀏覽器跳轉到 www.google.com 。
具體配置：
server{
resolver 8.8.8.8;
listen 80;
location / {
proxy_pass http://$http_host$request_uri;
}
}
在需要訪問外網的客戶端上執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://你的正向代理服務器地址：代理端口
②反向代理
反向代理指代理后端服務器響應客戶端請求的一個中介服務器，代理的對象是服務端。
實現效果：在瀏覽器輸入 www.abc.com , 從 Nginx 服務器跳轉到 linux 系統 Tomcat 主頁面。
具體配置：
server {
listen 80;
server_name 192.168.4.32; #監聽地址
location / {
root html; #/html目錄
proxy_pass http://127.0.0.1:8080; #請求轉向
index index.html index.htm; #設置默認頁
}
}
實現效果：根據在瀏覽器輸入的路徑不同，跳轉到不同端口的服務中。
具體配置：
server {
listen 9000;
server_name 192.168.4.32; #監聽地址
location ~ /example1/ {
proxy_pass http://127.0.0.1:5000;
}
location ~ /example2/ {
proxy_pass http://127.0.0.1:8080;
}
}
Location 指令說明：
- ~：表示 uri 包含正則表達式，且區分大小寫。
- ~*：表示 uri 包含正則表達式，且不區分大小寫。
- =：表示 uri 不含正則表達式，要求嚴格匹配。
③負載均衡
實現效果：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，實現負載均衡效果。
具體配置：
upstream myserver {
server 192.167.4.32:5000;
server 192.168.4.32:8080;
}
server {
listen 80; #監聽端口
server_name 192.168.4.32; #監聽地址
location / {
root html; #html目錄
index index.html index.htm; #設置默認頁
proxy_pass http://myserver; #請求轉向 myserver 定義的服務器列表
}
}
Nginx 分配服務器策略：
輪詢(默認)：按請求的時間順序依次逐一分配，如果服務器 down 掉，能自動剔除。
權重：weight 越高，被分配的客戶端越多，默認為 1。
比如：
upstream myserver {
server 192.167.4.32:5000 weight=10;
server 192.168.4.32:8080 weight=5;
}
IP：按請求 IP 的 Hash 值分配，每個訪客固定訪問一個后端服務器。
比如：
upstream myserver {
ip_hash;
server 192.167.4.32:5000;
server 192.168.4.32:8080;
}
Fair：按后端服務器的響應時間來分配，響應時間短的優先分配到請求。
比如：
upstream myserver {
fair;
server 192.168.4.32:5000;
server 192.168.4.32:8080;
}
④Nginx 緩存
實現效果：在 3 天內，通過瀏覽器地址欄訪問 http://192.168.4.32/a.jpg，不會從服務器抓取資源，3 天后(過期)則從服務器重新下載。
具體配置：
# http 區域下添加緩存區配置
proxy_cache_path /tmp/nginx_proxy_cache levels=1 keys_zone=cache_one:512m inactive=60s max_size=1000m;
# server 區域下添加緩存配置
location ~ .(gif|jpg|png|htm|html|css|js)(.*) {
proxy_pass http://192.168.4.32:5000；#如果沒有緩存則轉向請求
proxy_redirect off;
proxy_cache cache_one;
proxy_cache_valid 200 1h; #對不同的 HTTP 狀態碼設置不同的緩存時間
proxy_cache_valid 500 1d;
proxy_cache_valid any 1m;
expires 3d;
}
Expires 是給一個資源設定一個過期時間，通過 Expires 參數設置，可以使瀏覽器緩存過期時間之前的內容，減少與服務器之間的請求和流量。
也就是說無需去服務端驗證，直接通過瀏覽器自身確認是否過期即可，所以不會產生額外的流量。此種方法非常適合不經常變動的資源。
⑤動靜分離
實現效果：通過瀏覽器地址欄訪問 www.abc.com/a.html ，訪問靜態資源服務器的靜態資源內容。
通過瀏覽器地址欄訪問 www.abc.com/a.jsp ，訪問動態資源服務器的動態資源內容。
具體配置：
upstream static {
server 192.167.4.31:80;
}
upstream dynamic {
server 192.167.4.32:8080;
}
server {
listen 80; #監聽端口
server_name www.abc.com; 監聽地址
# 攔截動態資源
location ~ .*.(php|jsp)$ {
proxy_pass http://dynamic;
}
# 攔截靜態資源
location ~ .*.(jpg|png|htm|html|css|js)$ {
root /data/; #html目錄
proxy_pass http://static;
autoindex on;; #自動打開文件列表
}
}
⑥高可用
一般情況下，通過 Nginx 主服務器訪問后臺目標服務集群，當主服務器掛掉后，自動切換至備份服務器，此時由備份服務器充當主服務器的角色，訪問后端目標服務器。
實現效果：準備兩臺 Nginx 服務器，通過瀏覽器地址欄訪問虛擬 IP 地址，把主服務器的 Nginx 停止，再次訪問虛擬 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 Nginx 服務器上安 Keepalived：Keepalived 相當于一個路由，它通過一個腳本來檢測當前服務器是否還活著，如果還活著則繼續訪問，否則就切換到另一臺備份服務器。
2.修改主備服務器 /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 服務器綁定到一個虛擬 IP，Nginx 高可用集群對外統一暴露這個虛擬 IP，客戶端都是通過訪問這個虛擬 IP 來訪問 Nginx 服務器 。
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，通過它能訪問到我們的主機
}
vrrp_script_chk_http_port {
script "/usr/local/src/nginx_check.sh"
interval 2 # 檢測腳本執行的時間間隔
weight 2 # 權重每次加2
}
vrrp_instance VI_1 {
interface ens7f0 # 網卡，需根據情況修改
state MASTER # 備份服務器上將 MASTER 改為 BACKUP
virtual_router_id 51 # 主備機的 virtual_router_id 必須相同
priority 100 # 主備機取不同的優先級，主機值較大，備份機值較小
advert_int 1 # 每隔多長時間（默認1s）發送一次心跳，檢測服務器是否還活著
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
}
}
字段說明如下：
router_id：在 /etc/hosts 文件中配置，通過它能訪問到我們的主機。
127.0.0.1 localhost localhost.localdomain localhost4 localhost4.localdomain4
::1 localhost localhost.localdomain localhost6 localhost6.localdomain6
127.0.0.1 LVS_DEVEL
interval：設置腳本執行的間隔時間。
weight：當腳本執行失敗即 Keepalived 或 Nginx 掛掉時，權重增加的值(可為負數)。
interface：輸入 ifconfig 命令查看當前的網卡名是什么。
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 目錄下添加檢測腳本 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.啟動兩臺服務器的 Nginx 和 Keepalived：
# 啟動 nginx
./nginx
# 啟動 keepalived
systemctl start keepalived.service
5.查看虛擬 IP 地址 IP a。把主服務器 192.168.4.32 Nginx 和 Keepalived 停止，再訪問虛擬 IP 查看高可用效果。
原理解析
Nginx 啟動之后，在 Linux 系統中有兩個進程，一個為 Master，一個為 Worker。
Master 作為管理員不參與任何工作，只負責給多個 Worker 分配不同的任務(Worker 一般有多個)。
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?客戶端發送一個請求首先要經過 Master，管理員收到請求后會將請求通知給 Worker。
多個 Worker 以爭搶的機制來搶奪任務，得到任務的 Worker 會將請求經由 Tomcat 等做請求轉發、反向代理、訪問數據庫等(Nginx 本身是不直接支持 JAVA 的)。
一個 Master 和多個 Worker 的好處?
- 可以使用 nginx -s reload 進行熱部署。
- 每個 Worker 是獨立的進程，如果其中一個 Worker 出現問題，其他 Worker 是獨立運行的，會繼續爭搶任務，實現客戶端的請求過程，而不會造成服務中斷。
設置多少個 Worker 合適?Nginx 和 redis 類似，都采用了 IO 多路復用機制，每個 Worker 都是一個獨立的進程，每個進程里只有一個主線程。
通過異步非阻塞的方式來處理請求，每個 Worker 的線程可以把一個 CPU 的性能發揮到極致，因此，Worker 數和服務器的 CPU 數相等是最為適宜的。
思考：
- 發送一個請求，會占用 Worker 幾個連接數?
- 有一個 Master 和 4 個 Worker，每個 Worker 支持的最大連接數為 1024，該系統支持的最大并發數是多少?
恭喜!目前為止你已經掌握了 Nginx 6 種功能的配置方式，并和我一起進一步探討了 Nginx 的原理。最后兩個面試中可能會問到的思考題，歡迎大家評論區積極討論。
作者：臧遠慧
簡介：就職于中科星圖股份有限公司(北京)，研發部后端技術組。個人擅長 Python/Java 開發，了解前端基礎;熟練掌握 MySQL，MongoDB，了解 Redis;熟悉 Linux 開發環境，掌握 Shell 編程，有良好的 Git 源碼管理習慣;精通 Nginx ，Flask、Swagger 開發框架;有 Docker+Kubernetes 云服務開發經驗。對人工智能、云原生技術有較大的興趣。
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