Nginx
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。
Nginx 的反向代理、负载均衡、动静分离和高可用的原理 - 图1

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。
Nginx 的反向代理、负载均衡、动静分离和高可用的原理 - 图2

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。
Nginx 的反向代理、负载均衡、动静分离和高可用的原理 - 图3

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。
Nginx 的反向代理、负载均衡、动静分离和高可用的原理 - 图4

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 的反向代理、负载均衡、动静分离和高可用的原理 - 图5

Nginx 配置文件

①文件结构

  1. ...              #全局块
  2. events {         #events块
  3.    ...
  4. }
  6. http      #http块
  7. {
  8.     ...   #http全局块
  9.     server        #server块
  10.     { 
  11.         ...       #server全局块
  12.         location [PATTERN]   #location块
  13.         {
  14.             ...
  15.         }
  16.         location [PATTERN] 
  17.         {
  18.             ...
  19.         }
  20.     }
  21.     server
  22.     {
  23.       ...
  24.     }
  25.     ...     #http全局块
  26. }

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

    1. ########### 每个指令必须有分号结束。#################
    2. #user administrator administrators;  #配置用户或者组，默认为nobody nobody。
    3. #worker_processes 2;  #允许生成的进程数，默认为1
    4. #pid /nginx/pid/nginx.pid;   #指定nginx进程运行文件存放地址
    5. 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
    6. events {
    7.   accept_mutex on;   #设置网路连接序列化，防止惊群现象发生，默认为on
    8.   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
    9.   #use epoll;      #事件驱动模型，select|poll|kqueue|epoll|resig|/dev/poll|eventport
    10.   worker_connections  1024;    #最大连接数，默认为512
    11. }
    12. http {
    13.   include       mime.types;   #文件扩展名与文件类型映射表
    14.   default_type  application/octet-stream; #默认文件类型，默认为text/plain
    15.   #access_log off; #取消服务日志    
    16.   log_format myFormat '$remote_addr–$remote_user [$time_local] $request $status $body_bytes_sent $http_referer $http_user_agent $http_x_forwarded_for'; #自定义格式
    17.   access_log log/access.log myFormat;  #combined为日志格式的默认值
    18.   sendfile on;   #允许sendfile方式传输文件，默认为off，可以在http块，server块，location块。
    19.   sendfile_max_chunk 100k;  #每个进程每次调用传输数量不能大于设定的值，默认为0，即不设上限。
    20.   keepalive_timeout 65;  #连接超时时间，默认为75s，可以在http，server，location块。
    22.   upstream mysvr {   
    23.     server 127.0.0.1:7878;
    24.     server 192.168.10.121:3333 backup;  #热备
    25.   }
    26.   error_page 404 https://www.baidu.com; #错误页
    27.   server {
    28.       keepalive_requests 120; #单连接请求上限次数。
    29.       listen       4545;   #监听端口
    30.       server_name  127.0.0.1;   #监听地址       
    31.       location  ~*^.+$ {       #请求的url过滤，正则匹配，~为区分大小写，~*为不区分大小写。
    32.          #root path;  #根目录
    33.          #index vv.txt;  #设置默认页
    34.          proxy_pass  http://mysvr;  #请求转向mysvr 定义的服务器列表
    35.          deny 127.0.0.1;  #拒绝的ip
    36.          allow 172.18.5.54; #允许的ip           
    37.       } 
    38.   }
    39. }

    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：

    1. server{
    2.   resolver 8.8.8.8;
    3.   listen 80;
    5.   location / {
    6.       proxy_pass http://$http_host$request_uri;
    7.   }
    8. }

    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）

    1. export http_proxy=http://你的正向代理服务器地址：代理端口

  1. 方法2

    1. vim ~/.bashrc
    2. 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：

    1. server {
    2. listen       80;   
    3. server_name  192.168.4.32;   #监听地址
    5. location  / {       
    6.  root html;  #/html目录
    7.  proxy_pass http://127.0.0.1:8080;  #请求转向
    8.  index  index.html index.htm;      #设置默认页       
    9. } 
    10. }

    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：

    1. server {
    2. listen       9000;   
    3. server_name  192.168.4.32;   #监听地址       
    5. location  ~ /example1/ {  
    6.  proxy_pass http://127.0.0.1:5000;         
    7. } 
    9. location  ~ /example2/ {  
    10.  proxy_pass http://127.0.0.1:8080;         
    11. } 
    12. }

    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： ```nginx 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
} }

  1. Nginx 分配服务器策略：<br />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。<br />权重：weight 越高，被分配的客户端越多，默认为 1。<br />比如：
  2. ```nginx
  3. upstream myserver {   
  4.   server 192.167.4.32:5000 weight=10;
  5.   server 192.168.4.32:8080 weight=5;
  6. }

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：

  1. upstream myserver { 
  2.   ip_hash;  
  3.   server 192.167.4.32:5000;
  4.   server 192.168.4.32:8080;
  5. }

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：

  1. upstream myserver { 
  2.   fair;  
  3.   server 192.168.4.32:5000;
  4.   server 192.168.4.32:8080;
  5. }

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：

  1. # http 区域下添加缓存区配置
  2. proxy_cache_path /tmp/nginx_proxy_cache levels=1 keys_zone=cache_one:512m inactive=60s max_size=1000m;
  4. # server 区域下添加缓存配置
  5. location ~ \.(gif|jpg|png|htm|html|css|js)(.*) {
  6.      proxy_pass http://192.168.4.32:5000；#如果没有缓存则转向请求
  7.      proxy_redirect off;
  8.      proxy_cache cache_one;
  9.      proxy_cache_valid 200 1h;            #对不同的 HTTP 状态码设置不同的缓存时间
  10.      proxy_cache_valid 500 1d;
  11.      proxy_cache_valid any 1m;
  12.      expires 3d;
  13. }

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：

  1. upstream static {   
  2.     server 192.167.4.31:80;
  3. }
  5. upstream dynamic {   
  6.     server 192.167.4.32:8080;
  7. }
  9. server {
  10.     listen       80;   #监听端口
  11.     server_name  www.abc.com; 监听地址
  13.     # 拦截动态资源
  14.     location ~ .*\.(php|jsp)$ {
  15.        proxy_pass http://dynamic;
  16.     }
  18.     # 拦截静态资源
  19.     location ~ .*\.(jpg|png|htm|html|css|js)$ {       
  20.        root /data/;  #html目录
  21.        proxy_pass http://static;
  22.        autoindex on;;  #自动打开文件列表
  23.     }  
  24. }

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：

  1. # 安装 keepalived
  2. yum install keepalived -y
  4. # 检查版本
  5. rpm -q -a keepalived
  6. 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 。

  1. global_defs {
  2.     notification_email {
  3.         acassen@firewall.loc
  4.         failover@firewall.loc
  5.         sysadmin@firewall.loc
  6.     }
  7.     notification_email_from_Alexandre.Cassen@firewall.loc
  8.     smtp_server 192.168.4.32
  9.     smtp_connect_timeout 30
  10.     router_id LVS_DEVEL  # 在 /etc/hosts 文件中配置，通过它能访问到我们的主机
  11. }
  13. vrrp_script_chk_http_port {   
  14.     script "/usr/local/src/nginx_check.sh"
  16.     interval 2      # 检测脚本执行的时间间隔
  18.     weight 2        # 权重每次加2
  19. }
  21. vrrp_instance VI_1 {
  22.     interface ens7f0 # 网卡，需根据情况修改
  23.     state MASTER    # 备份服务器上将 MASTER 改为 BACKUP
  24.     virtual_router_id 51 # 主备机的 virtual_router_id 必须相同
  25.     priority 100   # 主备机取不同的优先级，主机值较大，备份机值较小
  26.     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
  27.     authentication {
  28.       auth_type PASS
  29.       auth_pass 1111
  30.     }
  31.     virtual_ipaddress {
  32.         192.168.1.100 # VRRP H 虚拟地址，可以绑定多个
  33.     }
  34. }

字段说明如下：
router_id：在 /etc/hosts 文件中配置，通过它能访问到主机。

  1. 127.0.0.1   localhost localhost.localdomain localhost4 localhost4.localdomain4
  2. ::1         localhost localhost.localdomain localhost6 localhost6.localdomain6
  3. 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。

  1. ens7f0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
  2. inet 192.168.4.32  netmask 255.255.252.0  broadcast 192.168.7.255
  3. inet6 fe80::e273:9c3c:e675:7c60  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
  4. ... ...

  1. 在 /usr/local/src 目录下添加检测脚本 nginx_check.sh：

    1. #!/bin/bash
    2. A=`ps -C nginx -no-header |wc -l`
    3. if [ $A -eq 0 ];then
    4.  /usr/local/nginx/sbin/nginx
    5.  sleep 2
    6.  if [ ps -C nginx -no-header |wc -l` -eq 0 ];then
    7.      killall keepalived
    8.  fi
    9. fi

  2. 启动两台服务器的 Nginx 和 Keepalived： ```bash

    启动 nginx

    ./nginx

启动 keepalived

systemctl start keepalived.service

  2. 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。
  3. <a name="jY0x1"></a>
  4. ## 原理解析
  5. ![](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2021/webp/396745/1624340174169-ec9d36db-59a3-493c-905f-f7538d7184f9.webp#clientId=u746bbfa7-2b13-4&from=paste&id=uac325659&margin=%5Bobject%20Object%5D&originHeight=445&originWidth=640&originalType=url&ratio=3&status=done&style=shadow&taskId=u1207e18d-ba6d-419b-b4df-1ff4b42f4aa)<br />Nginx 启动之后，在 Linux 系统中有两个进程，一个为 Master，一个为 Worker。<br />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）。
  6. ```bash
  7. ps -ef |grep nginx
  8. root     20473     1  0  2019 ?        00:00:00 nginx: master process /usr/sbin/nginx
  9. nginx     4628 20473  0 Jan06 ?        00:00:00 nginx: worker process
  10. 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）。
Nginx 的反向代理、负载均衡、动静分离和高可用的原理 - 图6

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？