【51CTO.com原創(chuàng)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(zhàn)，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(fā)，高性能和低內(nèi)存。

Nginx 專為性能優(yōu)化而開發(fā)，性能是其最重要的考量，實現(xiàn)上非常注重效率，能經(jīng)受高負載的考驗，最大能支持 50000 個并發(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 小時不間斷運行。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，實現(xiàn)負載均衡，還能用做正向代理來進行上網(wǎng)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(shù)據(jù)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(shù)量，然后將請求分發(fā)到各個服務器上，將負載分發(fā)到不同的服務器，即負載均衡。

動靜分離

為了加快網(wǎng)站的解析速度，可以把靜態(tài)頁面和動態(tài)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(tǒng)的可用性和容錯能力，可以增加 Nginx 服務器的數(shù)量，當主服務器發(fā)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(fā)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(wǎng)絡連接。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：配置虛擬主機的相關參數(shù)。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(shù)，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(wǎng)路連接序列化，防止驚群現(xiàn)象發(fā)生，默認為on 
    multi_accept on;  #設置一個進程是否同時接受多個網(wǎng)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(shù)，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(diào)用傳輸數(shù)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(shù)。 
        listen       4545;   #監(jiān)聽端口 
        server_name  127.0.0.1;   #監(jiān)聽地址        
        location  ~*^.+$ {       #請求的url過濾，正則匹配，~為區(qū)分大小寫，~*為不區(qū)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(xiàn)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(xiàn)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(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(xiàn)效果：在瀏覽器輸入 www.abc.com , 從 Nginx 服務器跳轉到 Linux 系統(tǒng) Tomcat 主頁面。

具體配置：

server { 
    listen       80;    
    server_name  192.168.4.32;   #監(jiān)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(xiàn)效果：根據(jù)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(jiān)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(qū)分大小寫。
• ~*：表示 uri 包含正則表達式，且不區(qū)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(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，實現(xiàn)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(jiān)聽端口 
    server_name  192.168.4.32;   #監(jiān)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(yōu)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(xiàn)效果：在 3 天內(nèi)，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(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(tài)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(shù)設置，可以使瀏覽器緩存過期時間之前的內(nèi)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(chǎn)生額外的流量。此種方法非常適合不經(jīng)常變動的資源。

⑤動靜分離

實現(xiàn)效果：通過瀏覽器地址欄訪問 www.abc.com/a.html ，訪問靜態(tài)資源服務器的靜態(tài)資源內(nèi)容。

通過瀏覽器地址欄訪問 www.abc.com/a.jsp ，訪問動態(tài)資源服務器的動態(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)聽端口 
    server_name  www.abc.com; 監(jiān)聽地址 
 
    # 攔截動態(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(xiàn)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(xù)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(tǒng)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(zhí)行的時間間隔 
 
    weight 2        # 權重每次加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(yōu)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(fā)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(zhí)行的間隔時間。

weight：當腳本執(zhí)行失敗即 Keepalived 或 Nginx 掛掉時，權重增加的值(可為負數(shù))。

interface：輸入 ifconfig 命令查看當前的網(wǎng)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(tǒng)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(fā)送一個請求首先要經(jīng)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(jīng)由 Tomcat 等做請求轉發(fā)、反向代理、訪問數(shù)據(jù)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(xiàn)問題，其他 Worker 是獨立運行的，會繼續(xù)爭搶任務，實現(xiàn)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(fā)揮到極致，因此，Worker 數(shù)和服務器的 CPU 數(shù)相等是最為適宜的。

思考：

• 發(fā)送一個請求，會占用 Worker 幾個連接數(shù)?
• 有一個 Master 和 4 個 Worker，每個 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(qū)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(fā)部后端技術組。個人擅長 Python/Java 開發(fā)，了解前端基礎;熟練掌握 MySQL，MongoDB，了解 Redis;熟悉 Linux 開發(fā)環(huán)境，掌握 Shell 編程，有良好的 Git 源碼管理習慣;精通 Nginx ，F(xiàn)lask、Swagger 開發(fā)框架;有 Docker+Kubernetes 云服務開發(fā)經(jīng)驗。對人工智能、云原生技術有較大的興趣。

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