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【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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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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 ,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 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
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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)。
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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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