一.Web 服务基础介绍

正常情况下的单次web服务访问流程：

1.1 互联网发展历程回顾

1993年3月2日，中国科学院高能物理研究所租用AT&T公司的国际卫星信道建立的接入美国SLAC国家实
验室的64K专线正式开通，成为我国连入Internet的第一根专线。
1995年马云开始创业并推出了一个web网站 中国黄页
1999年创建阿里巴巴www.alibabagroup.com
2003年5月10日创立淘宝网
2004年12月，马云创立第三方网上支付平台支付宝（蚂蚁金服旗下，共有蚂蚁金服支付宝、余额宝、招
财宝、蚂蚁聚宝、网商银行、蚂蚁花呗、芝麻信用等子业务板块）
2012年1月11日淘宝商城正式更名为“天猫”
2014年9月19日里巴巴集团于纽约证券交易所正式挂牌上市

1.2 Web 服务介绍

1.2.1 Apache 经典的 Web 服务端

Apache起初由美国的伊利诺伊大学香槟分校的国家超级计算机应用中心开发
目前经历了两大版本分别是1.X和2.X
其可以通过编译安装实现特定的功能

1.2.1.1 Apache prefork 模型

预派生模式，有一个主控制进程，然后生成多个子进程，使用select模型，最大并发1024
每个子进程有一个独立的线程响应用户请求
相对比较占用内存，但是比较稳定，可以设置最大和最小进程数
是最古老的一种模式,也是最稳定的模式，适用于访问量不是很大的场景
优点：稳定
缺点：每个用户请求需要对应开启一个进程,占用资源较多，并发性差,不适用于高并发场景

1.2.1.2 Apache worker 模型

一种多进程和多线程混合的模型有一个控制进程，启动多个子进程每个子进程里面包含固定的线程使用线程程来处理请求当线程不够使用的时候会再启动一个新的子进程,然后在进程里面再启动线程处理请求，由于其使用了线程处理请求，因此可以承受更高的并发
优点：相比prefork 占用的内存较少，可以同时处理更多的请求
缺点：使用keepalive的长连接方式，某个线程会一直被占据，即使没有传输数据，也需要一直等待到超时才会被释放。如果过多的线程，被这样占据，也会导致在高并发场景下的无服务线程可用（该问题在prefork模式下，同样会发生）

1.2.1.3 Apache event模型

Apache中最新的模式，2012年发布的apache 2.4.X系列正式支持event 模型,属于事件驱动模型(epoll)每个进程响应多个请求，在现在版本里的已经是稳定可用的模式它和worker模式很像，最大的区别在于，它解决了keepalive场景下长期被占用的线程的资源浪费问题（某些线程因为被keepalive，空挂在哪里等待，中间几乎没有请求过来，甚至等到超时）event MPM中，会有一个专门的线程来管理这些keepalive类型的线程当有真实请求过来的时候，将请求传递给服务线程，执行完毕后，又允许它释放。这样增强了高并发场景下的请求处理能力
优点：单线程响应多请求，占据更少的内存，高并发下表现更优秀，会有一个专门的线程来管理keepalive类型的线程，当有真实请求过来的时候，将请求传递给服务线程，执行完毕后，又允许它释放
缺点：没有线程安全控制

1.2.2 Nginx-高性能的 Web 服务端

Nginx是由1994年毕业于俄罗斯国立莫斯科鲍曼科技大学的同学为俄罗斯rambler.ru公司开发的，开发工作最早从2002年开始，第一次公开发布时间是2004年10月4日，版本号是0.1.0 2019年3月11日F5 与 NGINX达成协议,F5 将收购 NGINX 的所有已发行股票，总价值约为 6.7 亿美元。6.7亿美金约合44.97亿人民币,nginx核心模块代码长度198430（包括空格、注释），所以一行代码约为
2.2万人民币
官网地址 www.nginx.org
Nginx历经十几年的迭代更新（https://nginx.org/en/CHANGES）， 目前功能已经非常完善且运行稳定，另外Nginx的版本分为开发版、稳定版和过期版，nginx以功能丰富著称，它即可以作为http服务器，也可以作为反向代理服务器或者邮件服务器能够快速的响应静态网页的请求支持FastCGI/SSL/Virtual Host/URL Rwrite /Gzip / HTTP Basic Auth/http或者TCP的负载均衡(1.9版本以上且开启stream模块)等功能，并且支持第三方的功能扩展。天猫 淘宝 京东 小米 163 新浪等一线互联网公司都在用Nginx或者进行二次开发
基于Nginx的工作场景:

1.2.3 用户访问体验和性能

1.2.3.1 用户访问体验统计

互联网存在用户速度体验的1-3-10原则，即1秒最优，1-3秒较优，3~10秒比较慢，10秒以上用户无法接受。用户放弃一个产品的代价很低，只是换一个URL而已。
全球最大搜索引擎 Google：慢500ms = 20% 将放弃访问。
全球最大的电商零售网站亚马逊：慢100ms = 1% 将放弃交易
有很多研究都表明，性能对用户的行为有很大的影响：
79%的用户表示不太可能再次打开一个缓慢的网站
47%的用户期望网页能在2秒钟以内加载
40%的用户表示如果加载时间超过三秒钟，就会放弃这个网站
页面加载时间延迟一秒可能导致转换损失7%，页面浏览量减少11%
8秒定律：用户访问一个网站时，如果等待网页打开的时间超过8秒，会有超过30%的用户放弃等待

1.2.3.2 影响用户体验的因素

影响用户体验的因素
1.客户端
客户端硬件配置
客户端网络速率
客户端与服务端距离
2.服务器
服务端网络速率
服务端硬件配置
服务端架构设计
服务端应用程序工作模式
服务端并发数量服务端响应文件大小及数量 buffer cache
服务端I/O压力1.2.4 服务端 I/O 流程

1.2.4 服务端 I/O 流程

I/O在计算机中指Input/Output， IOPS (Input/Output Per Second)即每秒的输入输出量(或读写次数)，是衡量磁盘性能的主要指标之一。IOPS是指单位时间内系统能处理的I/O请求数量，一般以每秒处理的I/O请求数量为单位，I/O请求通常为读或写数据操作请求。
一次完整的I/O是用户空间的进程数据与内核空间的内核数据的报文的完整交换，但是由于内核空间与用户空间是严格隔离的，所以其数据交换过程中不能由用户空间的进程直接调用内核空间的内存数据，而是需要经历一次从内核空间中的内存数据copy到用户空间的进程内存当中，所以简单说I/O就是把数据从
内核空间中的内存数据复制到用户空间中进程的内存当中。

服务器的I/O:
磁盘I/O
网络I/O : 一切皆文件,本质为对socket文件的读写

1.2.4.1 磁盘 I/O

磁盘I/O是进程向内核发起系统调用，请求磁盘上的某个资源比如是html 文件或者图片，然后内核通过相应的驱动程序将目标文件加载到内核的内存空间，加载完成之后把数据从内核内存再复制给进程内存，如果是比较大的数据也需要等待时间

机械磁盘的寻道时间、旋转延迟和数据传输时间：
寻道时间：是指磁头移动到正确的磁道上所花费的时间，寻道时间越短则I/O处理就越快，目前磁盘的寻道时间一般在3-15毫秒左右。
旋转延迟：是指将磁盘片旋转到数据所在的扇区到磁头下面所花费的时间，旋转延迟取决于磁盘的转速，通常使用磁盘旋转一周所需要时间的1/2之一表示，比如7200转的磁盘平均训传延迟大约为601000/7200/2=4.17毫秒，公式的意思为 （每分钟60秒1000毫秒每秒/7200转每分/2），如果是15000转的则为601000/15000/2=2毫秒。
数据传输时间：指的是读取到数据后传输数据的时间，主要取决于传输速率，这个值等于数据大小除以传输速率，目前的磁盘接口每秒的传输速度可以达到600MB，因此可以忽略不计。
常见的机械磁盘平均寻道时间值：
7200转/分的磁盘平均物理寻道时间：9毫秒
10000转/分的磁盘平均物理寻道时间：6毫秒
15000转/分的磁盘平均物理寻道时间：4毫秒
常见磁盘的平均延迟时间：
7200转的机械盘平均延迟：601000/7200/2 = 4.17ms
10000转的机械盘平均延迟：601000/10000/2 = 3ms
15000转的机械盘平均延迟：601000/15000/2 = 2ms
每秒最大IOPS的计算方法：
7200转的磁盘IOPS计算方式：1000毫秒/(9毫秒的寻道时间+4.17毫秒的平均旋转延迟时
间)=1000/13.13=75.9 IOPS
10000转的磁盘的IOPS计算方式：1000毫秒/(6毫秒的寻道时间+3毫秒的平均旋转延迟时间)=1000/9=111IOPS
15000转的磁盘的IOPS计算方式：15000毫秒/(4毫秒的寻道时间+2毫秒的平均旋转延迟时间)=1000/6=166.6 IOPS

1.2.4.2 网络 I/O

网络通信就是网络协议栈到用户空间进程的IO就是网络IO
网络I/O 处理过程

• 获取请求数据，客户端与服务器建立连接发出请求，服务器接受请求
• 构建响应，当服务器接收完请求，并在用户空间处理客户端的请求，直到构建响应完成
• 返回数据，服务器将已构建好的响应再通过内核空间的网络 I/O 发还给客户端

不论磁盘和网络I/O
每次I/O，都要经由两个阶段：

• 第一步：将数据从文件先加载至内核内存空间（缓冲区），等待数据准备完成，时间较长
• 第二步：将数据从内核缓冲区复制到用户空间的进程的内存中，时间较短

1.3 I/O 模型

1.3.1 I/O 模型相关概念

同步/异步：关注的是消息通信机制，即调用者在等待一件事情的处理结果时，被调用者是否提供完成状态的通知。

• 同步：synchronous，被调用者并不提供事件的处理结果相关的通知消息，需要调用者主动询问事情是否处理完成
• 异步：asynchronous，被调用者通过状态、通知或回调机制主动通知调用者被调用者的运行状态

阻塞/非阻塞：关注调用者在等待结果返回之前所处的状态

• 阻塞：blocking，指IO操作需要彻底完成后才返回到用户空间，调用结果返回之前，调用者被挂起，干不了别的事情。
• 非阻塞：nonblocking，指IO操作被调用后立即返回给用户一个状态值，而无需等到IO操作彻底完成，在最终的调用结果返回之前，调用者不会被挂起，可以去做别的事情。
  

1.3.2 网络 I/O 模型

阻塞型、非阻塞型、复用型、信号驱动型、异步

1.3.2.1 阻塞型 I/O 模型（blocking IO）

阻塞IO模型是最简单的I/O模型，用户线程在内核进行IO操作时被阻塞
用户线程通过系统调用read发起I/O读操作，由用户空间转到内核空间。内核等到数据包到达后，然后将接收的数据拷贝到用户空间，完成read操作
用户需要等待read将数据读取到buffer后，才继续处理接收的数据。整个I/O请求的过程中，用户线程是被阻塞的，这导致用户在发起IO请求时，不能做任何事情，对CPU的资源利用率不够
优点：程序简单，在阻塞等待数据期间进程/线程挂起，基本不会占用 CPU 资源
缺点：每个连接需要独立的进程/线程单独处理，当并发请求量大时为了维护程序，内存、线程切换开销较apache 的preforck使用的是这种模式。
同步阻塞：程序向内核发送I/O请求后一直等待内核响应，如果内核处理请求的IO操作不能立即返回,则进程将一直等待并不再接受新的请求，并由进程轮询查看I/O是否完成，完成后进程将I/O结果返回给Client，在IO没有返回期间进程不能接受其他客户的请求，而且是有进程自己去查看I/O是否完成，这种方式简单，但是比较慢，用的比较少

1.3.2.2 非阻塞型 I/O 模型 (nonblocking IO)

用户线程发起IO请求时立即返回。但并未读取到任何数据，用户线程需要不断地发起IO请求，直到数据到达后，才真正读取到数据，继续执行。即 “轮询”机制存在两个问题：如果有大量文件描述符都要等，那么就得一个一个的read。这会带来大量的Context Switch（read是系统调用，每调用一次就得在用户态和核心态切换一次）。轮询的时间不好把握。这里是要猜多久之后数据才能到。等待时间设的太长，程序响应延迟就过大;设的太短，就会造成过于频繁的重试，干耗CPU而已，是比较浪费CPU的方式，一般很少直接使用这种模型，而是在其他IO模型中使用非阻塞IO这一特性。

1.3.2.3 多路复用 I/O 型(I/O multiplexing)

上面的模型中,每一个文件描述符对应的IO是由一个线程监控和处理多路复用IO指一个线程可以同时（实际是交替实现，即并发完成）监控和处理多个文件描述符对应各自的IO，即复用同一个线程一个线程之所以能实现同时处理多个IO,是因为这个线程调用了内核中的SELECT,POLL或EPOLL等系统调用，从而实现多路复用IOI/O multiplexing 主要包括:select，poll，epoll三种系统调用，select/poll/epoll的好处就在于单个process就可以同时处理多个网络连接的IO。
它的基本原理就是select/poll/epoll这个function会不断的轮询所负责的所有socket，当某个socket有数
据到达了，就通知用户进程。
当用户进程调用了select，那么整个进程会被block，而同时，kernel会“监视”所有select负责的socket，
当任何一个socket中的数据准备好了，select就会返回。这个时候用户进程再调用read操作，将数据从
kernel拷贝到用户进程。
Apache prefork是此模式的select，worker是poll模式。
IO多路复用（IO Multiplexing) ：是一种机制，程序注册一组socket文件描述符给操作系统，表示“我要
监视这些fd是否有IO事件发生，有了就告诉程序处理”IO多路复用一般和NIO一起使用的。NIO和IO多路
复用是相对独立的。NIO仅仅是指IO API总是能立刻返回，不会被Blocking;而IO多路复用仅仅是操作系统
提供的一种便利的通知机制。操作系统并不会强制这俩必须得一起用，可以只用IO多路复用 + BIO，这时
还是当前线程被卡住。IO多路复用和NIO是要配合一起使用才有实际意义
IO多路复用是指内核一旦发现进程指定的一个或者多个IO条件准备读取，就通知该进程多个连接共用一
个等待机制，本模型会阻塞进程，但是进程是阻塞在select或者poll这两个系统调用上，而不是阻塞在真
正的IO操作上用户首先将需要进行IO操作添加到select中，同时等待select系统调用返回。当数据到达
时，IO被激活，select函数返回。用户线程正式发起read请求，读取数据并继续执行从流程上来看，使用
select函数进行IO请求和同步阻塞模型没有太大的区别，甚至还多了添加监视IO，以及调用select函数的
额外操作，效率更差。并且阻塞了两次，但是第一次阻塞在select上时，select可以监控多个IO上是否已
有IO操作准备就绪，即可达到在同一个线程内同时处理多个IO请求的目的。而不像阻塞IO那种，一次只
能监控一个IO虽然上述方式允许单线程内处理多个IO请求，但是每个IO请求的过程还是阻塞的（在select
函数上阻塞），平均时间甚至比同步阻塞IO模型还要长。如果用户线程只是注册自己需要的IO请求，然
后去做自己的事情，等到数据到来时再进行处理，则可以提高CPU的利用率IO多路复用是最常使用的IO
模型，但是其异步程度还不够“彻底”，因它使用了会阻塞线程的select系统调用。因此IO多路复用只能称
为异步阻塞IO模型，而非真正的异步IO
优缺点
优点：可以基于一个阻塞对象，同时在多个描述符上等待就绪，而不是使用多个线程(每个文件描述
符一个线程)，这样可以大大节省系统资源
缺点：当连接数较少时效率相比多线程+阻塞 I/O 模型效率较低，可能延迟更大，因为单个连接处理
需要 2 次系统调用，占用时间会有增加
IO多路复用适用如下场合：

• 当客户端处理多个描述符时（一般是交互式输入和网络套接口），必须使用I/O复用
• 当一个客户端同时处理多个套接字时，此情况可能的但很少出现
• 当一个服务器既要处理监听套接字，又要处理已连接套接字，一般也要用到I/O复用
• 当一个服务器即要处理TCP，又要处理UDP，一般要使用I/O复用
• 当一个服务器要处理多个服务或多个协议，一般要使用I/O复用

1.3.2.4 信号驱动式 I/O 模型 (signal-driven IO)

信号驱动I/O的意思就是进程现在不用傻等着，也不用去轮询。而是让内核在数据就绪时，发送信号通知
进程。
调用的步骤是，通过系统调用 sigaction ，并注册一个信号处理的回调函数，该调用会立即返回，然后主
程序可以继续向下执行，当有I/O操作准备就绪,即内核数据就绪时，内核会为该进程产生一个 SIGIO信
号，并回调注册的信号回调函数，这样就可以在信号回调函数中系统调用 recvfrom 获取数据,将用户进
程所需要的数据从内核空间拷贝到用户空间
此模型的优势在于等待数据报到达期间进程不被阻塞。用户主程序可以继续执行，只要等待来自信号处理函数的通知。
在信号驱动式 I/O 模型中，应用程序使用套接口进行信号驱动 I/O，并安装一个信号处理函数，进程继续运行并不阻塞
在信号驱动式 I/O 模型中，应用程序使用套接口进行信号驱动 I/O，并安装一个信号处理函数，进程继续运行并不阻塞
当数据准备好时，进程会收到一个 SIGIO 信号，可以在信号处理函数中调用 I/O 操作函数处理数据。
优点：线程并没有在等待数据时被阻塞，内核直接返回调用接收信号，不影响进程继续处理其他请求因此可以提高资源的利用率
缺点：信号 I/O 在大量 IO 操作时可能会因为信号队列溢出导致没法通知异步阻塞：程序进程向内核发送IO调用后，不用等待内核响应，可以继续接受其他请求，内核收到进程
请求后进行的IO如果不能立即返回，就由内核等待结果，直到IO完成后内核再通知进程。

1.3.2.5 异步 I/O 模型 (asynchronous IO)

异步I/O 与 信号驱动I/O最大区别在于，信号驱动是内核通知用户进程何时开始一个I/O操作，而异步I/O
是由内核通知用户进程I/O操作何时完成，两者有本质区别,相当于不用去饭店场吃饭，直接点个外卖，把等待上菜的时间也给省了
相对于同步I/O，异步I/O不是顺序执行。用户进程进行aio_read系统调用之后，无论内核数据是否准备
好，都会直接返回给用户进程，然后用户态进程可以去做别的事情。等到socket数据准备好了，内核直接复制数据给进程，然后从内核向进程发送通知。IO两个阶段，进程都是非阻塞的。
信号驱动IO当内核通知触发信号处理程序时，信号处理程序还需要阻塞在从内核空间缓冲区拷贝数据到用户空间缓冲区这个阶段，而异步IO直接是在第二个阶段完成后，内核直接通知用户线程可以进行后续操作了
优点：异步 I/O 能够充分利用 DMA 特性，让 I/O 操作与计算重叠
缺点：要实现真正的异步 I/O，操作系统需要做大量的工作。目前 Windows 下通过 IOCP 实现了真正的
异步 I/O，在 Linux 系统下，Linux 2.6才引入，目前 AIO 并不完善，因此在 Linux 下实现高并发网络编
程时以 IO 复用模型模式+多线程任务的架构基本可以满足需求Linux提供了AIO库函数实现异步，但是用的很少。目前有很多开源的异步IO库，例如libeventlibev、libuv。
异步非阻塞：程序进程向内核发送IO调用后，不用等待内核响应，可以继续接受其他请求，内核调用的
IO如果不能立即返回，内核会继续处理其他事物，直到IO完成后将结果通知给内核，内核在将IO完成的结果返回给进程，期间进程可以接受新的请求，内核也可以处理新的事物，因此相互不影响，可以实现较大的同时并实现较高的IO复用，因此异步非阻塞使用最多的一种通信方式。

1.3.3 五种 IO 对比

这五种 I/O 模型中，越往后，阻塞越少，理论上效率也是最优前四种属于同步 I/O，因为其中真正的 I/O 操作(recvfrom)将阻塞进程/线程，只有异步 I/O 模型才与 POSIX 定义的异步 I/O 相匹配

1.3.4 I/O 的具体实现方式

1.3.4.1 I/O常见实现

Nginx支持在多种不同的操作系统实现不同的事件驱动模型，但是其在不同的操作系统甚至是不同的系统
版本上面的实现方式不尽相同，主要有以下实现方式：
1、select：
select库是在linux和windows平台都基本支持的 事件驱动模型库，并且在接口的定义也基本相同，只是
部分参数的含义略有差异，最大并发限制1024，是最早期的事件驱动模型。
2、poll：
在Linux 的基本驱动模型，windows不支持此驱动模型，是select的升级版，取消了最大的并发限制，在
编译nginx的时候可以使用–with-poll_module和–without-poll_module这两个指定是否编译select库。
3、epoll：
epoll是库是Nginx服务器支持的最高性能的事件驱动库之一，是公认的非常优秀的事件驱动模型，它和
select和poll有很大的区别，epoll是poll的升级版，但是与poll有很大的区别.epoll的处理方式是创建一个
待处理的事件列表，然后把这个列表发给内核，返回的时候在去轮询检查这个表，以判断事件是否发
生，epoll支持一个进程打开的最大事件描述符的上限是系统可以打开的文件的最大数，同时epoll库的
I/O效率不随描述符数目增加而线性下降，因为它只会对内核上报的“活跃”的描述符进行操作。
4、kqueue：
用于支持BSD系列平台的高校事件驱动模型，主要用在FreeBSD 4.1及以上版本、OpenBSD 2.0级以上版
本NetBSD级以上版本及Mac OS X 平台上，该模型也是poll库的变种，因此和epoll没有本质上的区别，
都是通过避免轮询操作提供效率。
5、Iocp：
Windows系统上的实现方式，对应第5种（异步I/O）模型。
6、rtsig：
不是一个常用事件驱动，最大队列1024，不是很常用
7、/dev/poll:
用于支持unix衍生平台的高效事件驱动模型，主要在Solaris 平台、HP/UX，该模型是sun公司在开发
Solaris系列平台的时候提出的用于完成事件驱动机制的方案，它使用了虚拟的/dev/poll设备，开发人员将要见识的文件描述符加入这个设备，然后通过ioctl()调用来获取事件通知，因此运行在以上系列平台的
时候请使用/dev/poll事件驱动机制。
8、eventport：
该方案也是sun公司在开发Solaris的时候提出的事件驱动库，只是Solaris 10以上的版本，该驱动库看防
止内核崩溃等情况的发生。

1.3.4.2 常用I/O模型比较

	select	poll	epoll
操作方式	遍历	遍历	回调
底层实现	数组	链表	哈希表
IO效率	每次调用都进行线性遍历，时间复杂度为O（n）	向左	无上限
最大连接数	1024（x86）2048（x64）	无上限	无上限
fd拷贝	每次调用select都需要把fd集合从用户拷贝到内核态	每次调用poll，都需要把fd集合从用户态拷贝到内核态	调用epoll_ct时拷贝进内核并保存，之后每次epoll_wait不拷贝

Select：
POSIX所规定，目前几乎在所有的平台上支持，其良好跨平台支持也是它的一个优点，本质上是通过设置或者检查存放fd标志位的数据结构来进行下一步处理
缺点
单个进程能够监视的文件描述符的数量存在最大限制，在Linux上一般为1024，可以通过修改宏定FD_SETSIZE，再重新编译内核实现，但是这样也会造成效率的降低单个进程可监视的fd数量被限制，默认是1024，修改此值需要重新编译内核对socket是线性扫描，即采用轮询的方法，效率较低select 采取了内存拷贝方法来实现内核将 FD 消息通知给用户空间，这样一个用来存放大量fd的数据结构，这样会使得用户空间和内核空间在传递该结构时复制开销大
poll：
本质上和select没有区别，它将用户传入的数组拷贝到内核空间，然后查询每个fd对应的设备状态其没有最大连接数的限制，原因是它是基于链表来存储的大量的fd的数组被整体复制于用户态和内核地址空间之间，而不管这样的复制是不是有意义poll特点是“水平触发”，如果报告了fd后，没有被处理，那么下次poll时会再次报告该fd select是边缘触发即只通知一次
epoll：
在Linux 2.6内核中提出的select和poll的增强版本支持水平触发LT和边缘触发ET，最大的特点在于边缘触
发，它只告诉进程哪些fd刚刚变为就需态，并且只会通知一次使用“事件”的就绪通知方式，通过epoll_ctl
注册fd，一旦该fd就绪，内核就会采用类似callback的回调机制来激活该fd，epoll_wait便可以收到通知
优点:
没有最大并发连接的限制：能打开的FD的上限远大于1024(1G的内存能监听约10万个端口)，具体查看
/proc/sys/fs/file-max，此值和系统内存大小相关效率提升：非轮询的方式，不会随着FD数目的增加而效率下降;只有活跃可用的FD才会调用callback函数，即epoll最大的优点就在于它只管理“活跃”的连接，而跟连接总数无关内存拷贝，利用mmap(Memory Mapping)加速与内核空间的消息传递;即epoll使用mmap减少复制开销
总结:
1、epoll只是一组API，比起select这种扫描全部的文件描述符，epoll只读取就绪的文件描述符，再加入基于事件的就绪通知机制，所以性能比较好
2、基于epoll的事件多路复用减少了进程间切换的次数，使得操作系统少做了相对于用户任务来说的无用功。
3、epoll比select等多路复用方式来说，减少了遍历循环及内存拷贝的工作量，因为活跃连接只占总并发连接的很小一部分。

1.4 零拷贝

1.4.1 零拷贝介绍

1.4.1.1 传统 Linux中 I/O 的问题

传统的 Linux 系统的标准 I/O 接口（read、write）是基于数据拷贝的，也就是数据都是 copy_to_user 或者 copy_from_user，这样做的好处是，通过中间缓存的机制，减少磁盘 I/O 的操作，但是坏处也很明显，大量数据的拷贝，用户态和内核态的频繁切换，会消耗大量的 CPU 资源，严重影响数据传输的性能，统计表明，在Linux协议栈中，数据包在内核态和用户态之间的拷贝所用的时间甚至占到了数据包整个处理流程时间的57.1%

1.4.1.2 什么是零拷贝

零拷贝就是上述问题的一个解决方案，通过尽量避免拷贝操作来缓解 CPU 的压力。零拷贝并没有真正做到“0”拷贝，它更多是一种思想，很多的零拷贝技术都是基于这个思想去做的优化

1.4.2 零拷页相关技术

1.4.2.1 MMAP ( Memory Mapping )

mmap()系统调用使得进程之间通过映射同一个普通文件实现共享内存。普通文件被映射到进程地址空间后，进程可以向访问普通内存一样对文件进行访问。
mmap是一种内存映射文件的方法，即将一个文件或者其它对象映射到进程的地址空间，实现文件磁盘地址和进程虚拟地址空间中一段虚拟地址的一一对映关系。
实现这样的映射关系后，进程就可以采用指针的方式读写操作这一段内存，而系统会自动回写脏页面到对应的文件磁盘上，即完成了对文件的操作而不必再调用read,write等系统调用函数。相反，内核空间对这段区域的修改也直接反映用户空间，从而可以实现不同进程间的文件共享。
内存映射减少数据在用户空间和内核空间之间的拷贝操作,适合大量数据传输
传统读写,MMAP.两者相比mmap要比普通的read系统调用少了一次copy的过程。因为read调用，进程是无法直接访问kernel space的，所以在read系统调用返回前，内核需要将数据从内核复制到进程指定的buffer。但mmap之后，进程可以直接访问mmap的数据(page cache）。

二.Nginx 架构和安装

2.1 Nginx 概述

2.1.1 Nginx 介绍

Nginx：engine X ，2002年开发，分为社区版和商业版(nginx plus )
2019年3月11日 F5 Networks 6.7亿美元的价格收购
Nginx是免费的、开源的、高性能的HTTP和反向代理服务器、邮件代理服务器、以及TCP/UDP代理服务
器解决C10K问题（10K Connections）
Nginx官网：http://nginx.org
nginx的其它的二次发行版：
Tengine：由淘宝网发起的Web服务器项目。它在Nginx的基础上，针对大访问量网站的需求，添加了很多高级功能和特性。Tengine的性能和稳定性已经在大型的网站如淘宝网，天猫商城等得到了很好的检验。它的最终目标是打造一个高效、稳定、安全、易用的Web平台。从2011年12月开始，Tengine成为一个开源项目官网: http://tengine.taobao.org/
OpenResty：基于 Nginx 与 Lua 语言的高性能 Web 平台， 章亦春团队开发，官网：http://openresty.org/cn/

2.1.2 Nginx 功能介绍

• 静态的web资源服务器html，图片，js，css，txt等静态资源
• http/https协议的反向代理
• 结合FastCGI/uWSGI/SCGI等协议反向代理动态资源请求
• tcp/udp协议的请求转发（反向代理）
• imap4/pop3协议的反向代理

2.1.3 基础特性

模块化设计，较好的扩展性
高可靠性
支持热部署：不停机更新配置文件，升级版本，更换日志文件
低内存消耗：10000个keep-alive连接模式下的非活动连接，仅需2.5M内存
event-driven,aio,mmap，sendfile

2.1.4 Web 服务相关的功能

虚拟主机（server）
支持 keep-alive 和管道连接(利用一个连接做多次请求)
访问日志（支持基于日志缓冲提高其性能）
http://openr
url rewirte
路径别名
基于IP及用户的访问控制
支持速率限制及并发数限制
重新配置和在线升级而无须中断客户的工作进程

2.2 Nginx 架构和进程

2.2.1 Nginx 进程结构

web请求处理机制

• 多进程方式：服务器每接收到一个客户端请求就有服务器的主进程生成一个子进程响应客户端，直到用户关闭连接，这样的优势是处理速度快，子进程之间相互独立，但是如果访问过大会导致服务器资源耗尽而无法提供请求
• 多线程方式：与多进程方式类似，但是每收到一个客户端请求会有服务进程派生出一个线程和此客户端进行交互，一个线程的开销远远小于一个进程，因此多线程方式在很大程度减轻了web服务器对系统资源的要求，但是多线程也有自己的缺点，即当多个线程位于同一个进程内工作的时候，可以相互访问同样的内存地址空间，所以他们相互影响，一旦主进程挂掉则所有子线程都不能工作了，IIS服务器使用了多线程的方式，需要间隔一段时间就重启一次才能稳定。
  Nginx是多进程组织模型，而且是一个由Master主进程和Worker工作进程组成。
  主进程(master process)的功能：
  对外接口：接收外部的操作（信号）
  对内转发：根据外部的操作的不同，通过信号管理 Worker
  监控：监控 worker 进程的运行状态，worker 进程异常终止后，自动重启 worker 进程
  读取Nginx 配置文件并验证其有效性和正确性
  建立、绑定和关闭socket连接
  按照配置生成、管理和结束工作进程
  接受外界指令，比如重启、升级及退出服务器等指令
  不中断服务，实现平滑升级，重启服务并应用新的配置
  开启日志文件，获取文件描述符
  不中断服务，实现平滑升级，升级失败进行回滚处理
  编译和处理perl脚本
  工作进程（worker process）的功能：
  所有 Worker 进程都是平等的
  实际处理：网络请求，由 Worker 进程处理
  Worker进程数量：一般设置为核心数，充分利用CPU资源，同时避免进程数量过多，导致进程竞争CPU资源
  增加上下文切换的损耗
  接受处理客户的请求
  将请求依次送入各个功能模块进行处理
  I/O调用，获取响应数据
  与后端服务器通信，接收后端服务器的处理结果
  缓存数据，访问缓存索引，查询和调用缓存数据
  发送请求结果，响应客户的请求
  接收主程序指令，比如重启、升级和退出等

2.2.3 Nginx 进程间通信

工作进程是由主进程生成的，主进程使用fork()函数，在Nginx服务器启动过程中主进程根据配置文件决定启动工作进程的数量，然后建立一张全局的工作表用于存放当前未退出的所有的工作进程，主进程生成工作进程后会将新生成的工作进程加入到工作进程表中，并建立一个单向的管道并将其传递给工作进程，该管道与普通的管道不同，它是由主进程指向工作进程的单向通道，包含了主进程向工作进程发出的指令、工作进程ID、工作进程在工作进程表中的索引和必要的文件描述符等信息。
主进程与外界通过信号机制进行通信，当接收到需要处理的信号时，它通过管道向相关的工作进程发送正确的指令，每个工作进程都有能力捕获管道中的可读事件，当管道中有可读事件的时候，工作进程就会从管道中读取并解析指令，然后采取相应的执行动作，这样就完成了主进程与工作进程的交互。

worker进程之间的通信原理基本上和主进程与worker进程之间的通信是一样的，只要worker进程之间能够取得彼此的信息，建立管道即可通信，但是由于worker进程之间是完全隔离的，因此一个进程想要知道另外一个进程的状态信息,就只能通过主进程来实现。为了实现worker进程之间的交互，master进程在生成worker进程之后，在worker进程表中进行遍历，将该新进程的PID以及针对该进程建立的管道句柄传递给worker进程中的其他进程，为worker进程之间的通信做准备，当worker进程1向worker进程2发送指令的时候，首先在master进程给它的其他worker进程工作信息中找到2的进程PID，然后将正确的指令写入指向进程2的管道，worker进程2捕获到管道中的事件后，解析指令并进行相关操作，这样就完成了worker进程之间的通信。
另worker进程可以通过共享内存来通讯的，比如upstream中的zone，或者limit_req、limit_conn中的zone等。操作系统提供了共享内存机制

2.3 Nginx 模块介绍

nginx 有多种模块

• 核心模块：是 Nginx 服务器正常运行必不可少的模块，提供错误日志记录 、配置文件解析 、事件驱动机制 、进程管理等核心功能
• 标准HTTP模块：提供 HTTP 协议解析相关的功能，比如： 端口配置 、 网页编码设置 、 HTTP响应头设置 等等
• 可选HTTP模块：主要用于扩展标准的 HTTP 功能，让 Nginx 能处理一些特殊的服务，比如： Flash 多媒体传输 、解析 GeoIP 请求、 网络传输压缩 、 安全协议 SSL 支持等
• 邮件服务模块：主要用于支持 Nginx 的 邮件服务 ，包括对 POP3 协议、 IMAP 协议和 SMTP协议的支持
• Stream服务模块: 实现反向代理功能,包括TCP协议代理
• 第三方模块：是为了扩展 Nginx 服务器应用，完成开发者自定义功能，比如： Json 支持、 Lua 支持等

nginx高度模块化，但其模块早期不支持DSO机制;1.9.11 版本支持动态装载和卸载

2.4 Nginx 安装

2.4.1 Nginx版本和安装方式

Nginx版本

• Mainline version 主要开发版本,一般为奇数版本号,比如1.19
• Stable version 当前最新稳定版,一般为偶数版本,如:1.20
• Legacy versions 旧的稳定版,一般为偶数版本,如:1.18

Nginx安装可以使用yum或源码安装，但是推荐使用源码编译安装

• yum的版本比较旧
• 编译安装可以更方便自定义相关路径
• 使用源码编译可以自定义相关功能，更方便业务的上的使用

2.4.2.Nginx 编译安装

编译器介绍

源码安装需要提前准备标准的编译器，GCC的全称是（GNU Compiler collection），其有GNU开发，并以GPL即LGPL许可，是自由的类UNIX即苹果电脑Mac OS X操作系统的标准编译器，因为GCC原本只能处理C语言，所以原名为GNU C语言编译器，后来得到快速发展，可以处理C++,Fortran，pascal，objective C，java以及Ada等其他语言，此外还需要Automake工具，以完成自动创建Makefile的工作，Nginx的一些模块需要依赖第三方库，比如: pcre（支持rewrite），zlib（支持gzip模块）和openssl（支持ssl模块）等。

2.4.2.1 编译安装 Nginx

下载1.24和1.26版本的nginx的压缩包并解压
安装nginx的依赖包

[root@nginx ~]# dnf install gcc pcre-devel zlib-devel openssl-devel -y        #nginx的依赖包
[root@nginx ~]# wget https://nginx.org/download/nginx-1.26.2.tar.gz
[root@nginx ~]# wget https://nginx.org/download/nginx-1.24.0.[root@nginx ~]# tar zxf nginx-1.24.0.tar.gz
[root@nginx ~]# tar zxf nginx-1.26.2.tar.gz

[root@nginx ~]# cd nginx-1.24.0
[root@nginx nginx-1.24.0]# useradd  -s /sbin/nologin -M nginx #创建Nginx用户

编译前关闭debug功能

[root@nginx nginx-1.24.0]# vi auto/cc/gcc 

添加模块

[root@Nginx nginx-1.24.0]# ./configure  --prefix=/usr/local/nginx \
--user=nginx \                              #指定nginx运行用户
--group=nginx \                             #指定nginx运行组                   
--with-http_ssl_module \                    #支持https://
--with-http_v2_module \                     #支持http版本2
--with-http_realip_module \                 #支持ip透传
--with-http_stub_status_module \            #支持状态页面 
--with-http_gzip_static_module \            #支持压缩
--with-pcre \                               #支持正则
--with-stream \                             #支持tcp反向代理
--with-stream_ssl_module \                  #支持tcp的ssl加密

[root@nginx nginx-1.24.0]# make && make install

把nginx软件的命令执行路径添加到环境变量中
启动nginx

[root@nginx nginx-1.24.0]# vi ~/.bash_profile
[root@nginx nginx-1.24.0]# source  ~/.bash_profile
[root@nginx nginx-1.24.0]# nginx

查看版本

访问172.25.254.100

2.4.2.2 Nginx 启动文件

2.4.2.3使用安装完成的二进制文件nginx

[root@Nginx ~]# nginx -v
 nginx version: nginx/1.18.0
 Usage: nginx [-?hvVtTq] [-s signal] [-c filename] [-p prefix] [-g directives]
 Options:
 -?,-h            : this help
 -v            : show version and exit
 -V            : show version and configure options then exit  #显示版本和编译参数
 -t            : test configuration and exit #测试配置文件是否异
 -T            : test configuration, dump it and exit     #测试并打印
 -q           : suppress non-error messages during configuration testing   #静默模式
-s signal     : send signal to a master process: stop, quit, reopen, reload #发送信号,reload信号 会生成新的worker,但master不会重新生成
 -p prefix     : set prefix path (default: /etc/nginx/)          #指定Nginx 目录
-c filename   : set configuration file (default: /etc/nginx/nginx.conf)         #配置文件路径
 #-g directives : set global directives out of configuration file #设置全局指令,注意和
配置文件不要同时配置,否则冲突

2.5 平滑升级和回滚

有时候我们需要对Nginx版本进行升级以满足对其功能的需求，例如添加新模块，需要新功能，而此时
Nginx又在跑着业务无法停掉，这时我们就可能选择平滑升级
在nginx1.26.2里增加功能模块echo-nginx-module-0.63

解压echo-nginx-module-0.63
[root@nginx ~]# tar zxf echo-nginx-module-0.63.tar.gz

[root@nginx nginx-1.26.2]# make

备份旧版本

把新版本的nginx命令复制过去
[root@nginx sbin]# \cp -f /root/nginx-1.26.2/objs/nginx /usr/local/nginx/sbin/nginx

检测一下有没有问题

[root@nginx sbin]# nginx -t
nginx: the configuration file /usr/local/nginx/conf/nginx.conf syntax is ok
nginx: configuration file /usr/local/nginx/conf/nginx.conf test is successful

回收旧版本

[root@nginx sbin]# pidof nginx
10580 10579
[root@nginx sbin]# kill -USR2 10579

#检测版本信息
[root@Nginx sbin]# curl  -I localhost
 HTTP/1.1 200 OK
 Server: nginx/1.26.1                    
Date: Thu, 18 Jul 2024 07:59:45 GMT
 Content-Type: text/html
 Content-Length: 615
 Last-Modified: Thu, 18 Jul 2024 03:41:13 GMT
 Connection: keep-alive
 ETag: "66988ed9-267"
 Accept-Ranges: bytes
[root@nginx sbin]# kill -WINCH 10579

#回滚
#如果升级的版本发现问题需要回滚,可以重新拉起旧版本的worker
 [root@Nginx sbin]# cp nginx nginx.26
 [root@Nginx sbin]# ls
 nginx  nginx.24  nginx.26
 [root@Nginx sbin]# mv nginx.24 nginx
 mv: overwrite 'nginx'? y
 [root@Nginx sbin]# kill -HUP 18732
 [root@Nginx sbin]# ps aux | grep nginx       
[root@Nginx sbin]# kill -WINCH 22075
 [root@Nginx sbin]# ps aux | grep nginx
##版本回滚完成
 [root@Nginx sbin]# curl  -I  localhost
 HTTP/1.1 200 OK
 Server: nginx/1.24.0 
 Date: Thu, 18 Jul 2024 08:31:51 GMT
 Content-Type: text/html
 Content-Length: 615
 Last-Modified: Thu, 18 Jul 2024 03:41:13 GMT
 Connection: keep-alive
 ETag: "66988ed9-267"
 Accept-Ranges: bytes

三 Nginx 核心配置详解

3.1 配置文件说明

nginx 官方帮助文档：http://nginx.org/en/docs/
Nginx的配置文件的组成部分：

• 主配置文件：nginx.conf
• 子配置文件: include conf.d/*.conf
• fastcgi， uwsgi，scgi 等协议相关的配置文件
• mime.types：支持的mime类型，MIME(Multipurpose Internet Mail Extensions)多用途互联网邮件扩展类型，MIME消息能包含文本、图像、音频、视频以及其他应用程序专用的数据，是设定某种扩展名的文件用一种应用程序来打开的方式类型，当该扩展名文件被访问的时候，浏览器会自动使用指定应用程序来打开。多用于指定一些客户端自定义的文件名，以及一些媒体文件打开方式。
  nginx 配置文件格式说明

配置文件由指令与指令块构成
每条指令以;分号结尾，指令与值之间以空格符号分隔
可以将多条指令放在同一行,用分号分隔即可,但可读性差,不推荐
指令块以{ }大括号将多条指令组织在一起,且可以嵌套指令块
include语句允许组合多个配置文件以提升可维护性
使用#符号添加注释，提高可读性
使用$符号使用变量
部分指令的参数支持正则表达式

Nginx 主配置文件的配置指令方式：

directive value [value2 …];
注意
(1) 指令必须以分号结尾
(2) 支持使用配置变量
内建变量：由Nginx模块引入，可直接引用
自定义变量：由用户使用set命令定义,格式: set variable_name value;
引用变量：$variable_name

主配置文件结构：四部分

main block：主配置段，即全局配置段，对http,mail都有效
#事件驱动相关的配置
event {
…
}
#http/https 协议相关配置段
http {
默认的nginx.conf 配置文件格式说明
…
}
#默认配置文件不包括下面两个块
#mail 协议相关配置段
mail {
…
}
#stream 服务器相关配置段
stream {
…
}

默认的nginx.conf 配置文件格式说明

3.2 全局配置

Main 全局配置段常见的配置指令分类
正常运行必备的配置
优化性能相关的配置
用于调试及定位问题相关的配置
事件驱动相关的配置

3.2.1配置子配置文件

3.4 核心配置示例

3.4.1root 与 alias

错误案例

访问地址为 /data/web/test1/test1/ 。访问不到404错误
修改把/test1删掉

[root@nginx ~]# mkdir /data/web/test1
[root@nginx ~]# echo /data/web/test1 > /data/web/test1/index.html

test2(软连接)

3.4.2 location 的详细使用

#语法规则：
location [ = | ~ | ~* | ^~ ] uri { … }
=
即处理请求
^~
~
~*
不带符号
\
#用于标准uri前，需要请求字串与uri精确匹配，大小敏感,如果匹配成功就停止向下匹配并立
#用于标准uri前，表示包含正则表达式,并且匹配以指定的正则表达式开头
#对uri的最左边部分做匹配检查，不区分字符大小写
#用于标准uri前，表示包含正则表达式,并且区分大小写
#用于标准uri前，表示包含正则表达式,并且不区分大写
#匹配起始于此uri的所有的uri
#用于标准uri前，表示包含正则表达式并且转义字符。可以将 . * ?等转义为普通符号
#匹配优先级从高到低：
（~ = ~）> 不带符号 > ^~ > =*

3.4.3 Nginx 账户认证功能

创建默认用户文件



为了不让所有人都可以访问

3.4.4自定义错误界面

测试

3.4.5自定义错误日志

测试

3.4.6 检测文件是否存在

try_files会按顺序检查文件是否存在，返回第一个找到的文件或文件夹（结尾加斜线表示为文件夹），如果所有文件或文件夹都找不到，会进行一个内部重定向到最后一个参数。只有最后一个参数可以引起一个内部重定向，之前的参数只设置内部URI的指向。最后一个参数是回退URI且必须存在，否则会出现内部500错误。

3.4.7 长连接配置

在主配置文件配置

3.4.8 作为下载服务器配置

创建一个文件

下载命令
[root@nginx ~]# wget http://www.timinglee.org/download/zhangfile

四 Nginx 高级配置

4.1 Nginx 状态页

[root@nginx download]# vi /usr/local/nginx/conf.d/status.conf

4.2 Nginx 压缩功能

开启gzip压缩
[root@nginx download]# vi /usr/local/nginx/conf/nginx.conf

#压缩比由低到高从1到9，默认为1，值越高压缩后文件越小，但是消耗cpu比较高。基本设定未4或者5
gzip_comp_level 4;
#禁用IE6 gzip功能，早期的IE6之前的版本不支持压缩
gzip_disable “MSIE [1-6].”;
#gzip压缩的最小文件，小于设置值的文件将不会压缩
gzip_min_length 1k;
#启用压缩功能时，协议的最小版本，默认HTTP/1.1
gzip_http_version 1.0 | 1.1;
#指定Nginx服务需要向服务器申请的缓存空间的个数和大小,平台不同,默认:32 4k或者16 8k;
gzip_buffers number size;
#指明仅对哪些类型的资源执行压缩操作;默认为gzip_types text/html，不用显示指定，否则出错
gzip_types mime-type …;
#如果启用压缩，是否在响应报文首部插入“Vary: Accept-Encoding”,一般建议打开
gzip_vary on | off;
#预压缩，即直接从磁盘找到对应文件的gz后缀的式的压缩文件返回给用户，无需消耗服务器CPU
#注意: 来自于ngx_http_gzip_static_module模块
gzip_static on | off;

4.4 Nginx 变量使用

nginx的变量可以在配置文件中引用，作为功能判断或者日志等场景使用
变量可以分为内置变量和自定义变量
内置变量是由nginx模块自带，通过变量可以获取到众多的与客户端访问相关的值。

4.4.1 内置变量

官方文件：https://nginx.org/en/docs/varindex.html
常用内置变量

$remote_addr;
#存放了客户端的地址，注意是客户端的公网IP
$args;
#变量中存放了URL中的所有参数
#例如:https://search.jd.com/Search?keyword=手机&enc=utf-8
#返回结果为: keyword=手机&enc=utf-8
$is_args
#如果有参数为? 否则为空
$document_root;
#保存了针对当前资源的请求的系统根目录,例如:/webdata/nginx/timinglee.org/lee。
$document_uri;
#保存了当前请求中不包含参数的URI，注意是不包含请求的指令
#比如:http://lee.timinglee.org/var?\id=11111会被定义为/var
#返回结果为:/var
$host;
#存放了请求的host名称
limit_rate 10240;
echo $limit_rate;
#如果nginx服务器使用limit_rate配置了显示网络速率，则会显示，如果没有设置， 则显示0
$remote_port;
#客户端请求Nginx服务器时随机打开的端口，这是每个客户端自己的端口
$remote_user;
#已经经过Auth Basic Module验证的用户名
$request_body_file;
#做反向代理时发给后端服务器的本地资源的名称
$request_method;
#请求资源的方式，GET/PUT/DELETE等
$request_filename;
#当前请求的资源文件的磁盘路径，由root或alias指令与URI请求生成的文件绝对路径，
#如:webdata/nginx/timinglee.org/lee/var/index.html
KaTeX parse error: Expected 'EOF', got '#' at position 15: request_uri; #̲包含请求参数的原始URI，不包…document_uri?$args,
#例如：/main/index.do?id=20190221&partner=search
$scheme;
#请求的协议，例如:http，https,ftp等
$server_protocol;
#保存了客户端请求资源使用的协议的版本，例如:HTTP/1.0，HTTP/1.1，HTTP/2.0等
$server_addr;
#保存了服务器的IP地址
$server_name;
#虚拟主机的主机名
$server_port;
#虚拟主机的端口号
$http_user_agent;
#客户端浏览器的详细信息
$http_cookie;
#客户端的所有cookie信息
$cookie_
#name为任意请求报文首部字部cookie的key名
#示例:
echo $http_user_agent;
echo $http_host;
$http_
#name为任意请求报文首部字段,表示记录请求报文的首部字段，ame的对应的首部字段名需要为小写，如果有横线需要替换为下划线
$sent_http_
#name为响应报文的首部字段，name的对应的首部字段名需要为小写，如果有横线需要替换为下划线,此变量有问题
echo $sent_http_server;
$arg_
#此变量存放了URL中的指定参数，name为请求url中指定的参数
echo $arg_id;

4.4.2 自定义变量

假如需要自定义变量名称和值，使用指令set $variable value;

语法格式：
Syntax: set $variable value;
 Default: —
 Context: server, location, if

set $name timinglee;
 echo $name;
 set $my_port $server_port;
 echo $my_port;
 echo "$server_name:$server_port";
 [root@Nginx ~]# vim /usr/local/nginx/conf.d/vhosts.conf
 server {
 listen 80;
 server_name lee.timinglee.org;
 root /webdata/nginx/timinglee.org/lee;
 location /var {
 default_type text/html;
 set $name timinglee;
 echo $name;
 set $web_port $server_port;
 echo $web_port;
 }
 }

测试输出

[root@client ~]# curl lee.timinglee.org/var
 timinglee
 80

五 Nginx Rewrite 相关功能

Nginx服务器利用 ngx_http_rewrite_module 模块解析和处理rewrite请求
此功能依靠 PCRE(perl compatible regular expression)，因此编译之前要安装PCRE库
rewrite是nginx服务器的重要功能之一，用于实现URL的重写，URL的重写是非常有用的功能
比如它可以在我们改变网站结构之后，不需要客户端修改原来的书签，也无需其他网站修改我们的
链接，就可以设置为访问
另外还可以在一定程度上提高网站的安全性。

5.1 ngx_http_rewrite_module 模块指令

5.1.1 if 指令

= #比较变量和字符串是否相等，相等时if指令认为该条件为true，反之为false

!= #比较变量和字符串是否不相等，不相等时if指令认为条件为true，反之为false

#区分大小写字符，可以通过正则表达式匹配，满足匹配条件为真，不满足匹配条件为假

!~ #区分大小写字符,判断是否匹配，不满足匹配条件为真，满足匹配条件为假

~* #不区分大小写字符，可以通过正则表达式匹配，满足匹配条件为真，不满足匹配条件为假

!~* #不区分大小字符,判断是否匹配，满足匹配条件为假，不满足匹配条件为真

-f 和 !-f #判断请求的文件是否存在和是否不存在

-d 和 !-d #判断请求的目录是否存在和是否不存在

-x 和 !-x #判断文件是否可执行和是否不可执行

-e 和 !-e #判断请求的文件或目录是否存在和是否不存在(包括文件，目录，软链接)

#注意：#如果$变量的值为空字符串或0，则if指令认为该条件为false，其他条件为true。

#nginx 1.0.1之前$变量的值如果以0开头的任意字符串会返回false

vim /usr/local/nginx/conf.d/var.conf

location /test2 {
 if ( !-e $request_filename ){
 echo "$request_filename is not exist";
 return 409；

测试

[root@nginx ~]#curl  lee.timinglee.org/test2/test
 /webdata/nginx/timinglee.org/lee/test2/test is not exist

5.1.2 set 指令

指定key并给其定义一个变量，变量可以调用Nginx内置变量赋值给key
另外set定义格式为set $key value，value可以是text, variables和两者的组合。

vim /usr/local/nginx/conf.d/var.conf

 location /test3{
 set $name lee;
 echo $name;
 }

测试

[root@nginx ~]#  curl  lee.timinglee.org/test3
 lee

5.1.3 break 指令

用于中断当前相同作用域(location)中的其他Nginx配置与该指令处于同一作用域的Nginx配置中，位于它前面的配置生效位于后面ngx_http_rewrite_module 模块中指令就不再执行Nginx服务器在根据配置处理请求的过程中遇到该指令的时候，回到上一层作用域继续向下读取配置，该指令可以在server块和locationif块中使用

注意: 如果break指令在location块中后续指令还会继续执行,只是不执行 ngx_http_rewrite_module
模块的指令,其它指令还会执行

 location /break{
 default_type text/html;
 set $name lee;
 echo $name;
 break;
 set $port $server_port;
 echo $port;
 }

测试

[root@nginx ~]# curl  lee.timinglee.org/break  #当未添加break时
lee
 80
 [root@nginx ~]# curl  lee.timinglee.org/break   #当添加break时
 lee

5.1.4 return 指令

return用于完成对请求的处理，并直接向客户端返回响应状态码，比如:可以指定重定向URL(对于特殊重定向状态码，301/302等) 或者是指定提示文本内容(对于特殊状态码403/500等)，处于此指令后的所有配置都将不被执行，return可以在server、if 和 location块进行配置

 location /return {
 default_type text/html;
 if ( !-e $request_filename){
 return 301 http://www.baidu.com;
 #return 666 "$request_filename is not exist";
 }
 echo "$request_filename is exist";
 }

测试：

[root@nginx ~]# curl lee.timinglee.org/return
 /webdata/nginx/timinglee.org/lee/return is exist
 [root@nginx ~]# curl lee.timinglee.org/return1
  /webdata/nginx/timinglee.org/lee/return1 is not exist

5.2 rewrite 指令

通过正则表达式的匹配来改变URI，可以同时存在一个或多个指令，按照顺序依次对URI进行匹配，rewrite主要是针对用户请求的URL或者是URI做具体处理
rewrite将用户请求的URI基于regex所描述的模式进行检查，匹配到时将其替换为表达式指定的新的URI
注意：如果在同一级配置块中存在多个rewrite规则，那么会自下而下逐个检查;被某条件规则替换完成后，会重新一轮的替换检查，隐含有循环机制,但不超过10次;如果超过，提示500响应码，[flag]所表示的标志位用于控制此循环机制如果替换后的URL是以http://或https://开头，则替换结果会直接以重定向返回给客户端, 即永久重定向301

rewrite 案例: break 与 last

[root@nginx ~]# mkdir  /webdata/nginx/timinglee.org/lee/{test1,test2,break}
 [root@nginx ~]# echo test1 > /webdata/nginx/timinglee.org/lee/test1/index.html
 [root@nginx ~]# echo test2 > /webdata/nginx/timinglee.org/lee/test2/index.html
 [root@nginx ~]# echo break > /webdata/nginx/timinglee.org/lee/break/index.html
 [root@nginx ~]#cat /apps/nginx/conf.d/pc.conf 
server {
 listen 80;
 server_name lee.timinglee.org;
 root /webdata/nginx/timinglee.org/lee;
 location /break {
 root /webdata/nginx/timinglee.org/lee;
 rewrite ^/break/(.*) /test1/$1 last;
 rewrite ^/test1/(.*) /test2/$1 break;
 }
 location /last {
 root /webdata/nginx/timinglee.org/lee;
 rewrite ^/last/(.*) /test1/$1 last;
 rewrite ^/test1/(.*) /test2/$1 last;
 }
 location /test1 {
 default_type text/html;
 return 666 "new test1";
 }
 }
 location /test2 {
 root /webdata/nginx/timinglee.org/lee;
 }
 [root@nginx ~]# curl  -L lee.timinglee.org/break/index.html
 test1
 [root@nginx ~]# curl  -L lee.timinglee.org/last/index.html
 new test1

5.3 Nginx 防盗链

存放图片的文件夹

创建web10和20两个虚拟机
web10

打开浏览器访问一下10
如何防盗链

防盗链基于客户端携带的referer实现，referer是记录打开一个页面之前记录是从哪个页面跳转过来的标记信息，如果别人只链接了自己网站图片或某个单独的资源，而不是打开了网站的整个页面，这就是盗链，referer就是之前的那个网站域名，正常的referer信息有以下几种：

none： #请求报文首部没有referer首部，#比如用户直接在浏览器输入域名访问web网站，就没有referer信息。
blocked： #请求报文有referer首部，但无有效值，比如为空。
server_names： #referer首部中包含本主机名及即nginx 监听的server_name。
arbitrary_string： #自定义指定字符串，但可使用作通配符。示例: .timinglee.org www.timinglee.
regular expression： #被指定的正则表达式模式匹配到的字符串,要使用_{开头，例如：}..timinglee.com

 location /images {
 valid_referers none blocked server_names *.timinglee.org ~\.baidu\.;
 if ($invalid_referer){
 #return 403;
 rewrite ^/ http://lee.timinglee.org/daolian.png permanent;
 }
 }

再次访问浏览器，内容看不了，但是链接还是可以打开

六 Nginx 反向代理功能

反向代理：reverse proxy，指的是代理外网用户的请求到内部的指定的服务器，并将数据返回给用户的一种方式，这是用的比较多的一种方式。
Nginx 除了可以在企业提供高性能的web服务之外，另外还可以将 nginx 本身不具备的请求通过某种预定义的协议转发至其它服务器处理，不同的协议就是Nginx服务器与其他服务器进行通信的一种规范，主要在不同的场景使用以下模块实现不同的功能

6.1 实现 http 反向代理

6.1.1 http 协议反向代理

6.1.1.1 反向代理配置参数

proxy_pass; #用来设置将客户端请求转发给的后端服务器的主机
#可以是主机名(将转发至后端服务做为主机头首部)、IP地址：端口的方式
#也可以代理到预先设置的主机群组，需要模块ngx_http_upstream_module支持

nginx

location / {
   proxy_pass http://172.25.254.110:80;
   }
location /status {
	  proxy_pass http://172.25.254.120:8080;
	  }
}

web1和web2

yum install httpd -y
echo web1 172.25.254.110 > /var/www/html/index.html   #web1上
echo web2 172.25.254.120 > /var/www/html/index.html   #web2上 
[root@web2 ~]# vim /etc/httpd/conf/httpd.conf 
listen 8080

6.1.1.2动静分离

web1和web2上

[root@web1] #yum install php -y
[root@web1 html]# vim /var/www/html/index.php
<?php
  phpinfo();
?>
[root@web1 html]# systemctl restart httpd

nginx主机

[root@nginx html]# vim /usr/local/nginx/conf.d/vhosts.conf 
[root@nginx html]# nginx -s reload

测试
浏览器访问

6.1.1.3配置 nginx 反向代理

注意: 本节实验过程中先关闭缓存

 upstream webserver {
#ip_hash;
 #hash $request_uri consistent;
 #hash $cookie_lee
 #least_conn;
 server 172.25.254.110:8080 weight=1 fail_timeout=15s max_fails=3;
 server 172.25.254.1200:80 weight=1 fail_timeout=15s max_fails=3;
 server 172.25.254.10:80 backup;
 }
 server {
 listen 80;
 server_name www.timinglee.org;
 location ~ / {
 proxy_pass http://webserver;
 }
 }

测试

[root@nginx ~]# curl www.timinglee.org
172.25.254.110 web
[root@nginx ~]# curl www.timinglee.org
172.25.254.120 web

6.2 实现 FastCGI

CGI的由来：
最早的Web服务器只能简单地响应浏览器发来的HTTP请求，并将存储在服务器上的HTML文件返回给浏览器，也就是静态html文件，但是后期随着网站功能增多网站开发也越来越复杂，以至于出现动态技术，比如像php(1995年)、java(1995)、python(1991)语言开发的网站，但是nginx/apache服务器并不
能直接运行 php、java这样的文件，apache实现的方式是打补丁，但是nginx缺通过与第三方基于协议实现，即通过某种特定协议将客户端请求转发给第三方服务处理，第三方服务器会新建新的进程处理用户的请求，处理完成后返回数据给Nginx并回收进程，最后nginx在返回给客户端，那这个约定就是通用网关接口(common gateway interface，简称CGI)，CGI（协议） 是web服务器和外部应用程序之间的接口标准，是cgi程序和web服务器之间传递信息的标准化接口。
为什么会有FastCGI？
CGI协议虽然解决了语言解析器和 Web Server 之间通讯的问题，但是它的效率很低，因为 Web Server每收到一个请求都会创建一个CGI进程，PHP解析器都会解析php.ini文件，初始化环境，请求结束的时候再关闭进程，对于每一个创建的CGI进程都会执行这些操作，所以效率很低，而FastCGI是用来提高CGI性能的，FastCGI每次处理完请求之后不会关闭掉进程，而是保留这个进程，使这个进程可以处理多个请求。这样的话每个请求都不用再重新创建一个进程了，大大提升了处理效率。
什么是PHP-FPM？
PHP-FPM(FastCGI Process Manager：
FastCGI进程管理器)是一个实现了Fastcgi的程序，并且提供进程管理的功能。
进程包括master进程和worker进程。master进程只有一个，负责监听端口，接受来自web server的请求
worker进程一般会有多个，每个进程中会嵌入一个PHP解析器，进行PHP代码的处理。

6.3.1 Nginx与php-fpm在同一服务器

在nginx上
利用yum解决php依赖

[root@nginx ~]# yum install -y bzip2 systemd-devel libxml2-devel sqlite-devel libpng-devel libcurl-devel oniguruma-devel

其中oniguruma-devel不能直接下，在阿里云找资源

[root@apache mnt]# wget https://mirrors.aliyun.com/almalinux/9.4/CRB/x86_64/kickstart/Packages/oniguruma-devel-6.9.6-1.el9.5.x86_64.rpm
[root@apache mnt]# dnf install oniguruma-devel-6.9.6-1.el9.5.x86_64.rpm
[root@apache] #cd php-8.3.9
[root@apache php-8.3.9]# ./configure --prefix=/usr/local/php --with-config-file-path=/usr/local/php/etc --enable-fpm --with-fpm-user=nginx --with-fpm-group=nginx --with-curl --with-iconv --with-mhash --with-zlib --with-openssl --enable-mysqlnd --with-mysqli --with-pdo-mysql --disable-debug --enable-sockets --enable-soap --enable-xml --enable-ftp --enable-gd --enable-exif --enable-mbstring --enable-bcmath --with-fpm-systemd
[root@nginx ~]# tar zxf memc-nginx-module-0.20.tar.gz
[root@nginx ~]# tar zxf srcache-nginx-module-0.33.tar.gz

#解压源码并安装
[root@Nginx ~]# ./configure \--prefix=/usr/local/php \       --enable-fpm  \         --with-iconv \          
#利用yum解决php依赖
[root@Nginx ~]# yum install -y bzip2 systemd-devel libxml2-devel sqlite-devel 
libpng-devel libcurl-devel oniguruma-devel
--with-config-file-path=/usr/local/php/etc \    
--with-fpm-user=nginx \ --with-fpm-group=nginx \--with-curl \           --with-mhash \          --with-zlib \           --with-openssl \        --enable-mysqlnd \      
-with-mysq--with-pdo-mysql \--disable-debug \       --enable-sockets \      --enable-soap \         --enable-xml \          --enable-ftp \          --enable-gd \           --enable-exif \         --enable-mbstring \     --enable-bcmath --with-fpm-systemd

php相关配置优化

 [root@nginx ~]# cd /usr/local/php/etc
 [root@nginx etc]# cp php-fpm.conf.default php-fpm.conf
 [root@nginx etc]# vim php-fpm.conf
 pid = run/php-fpm.pid       #去掉注释

修改时区

[root@Nginx php-fpm.d]# cd /root/php-8.3.9/
 [root@Nginx php-8.3.9]# cp php.ini-production /usr/local/php/etc/php.ini
 [root@Nginx ~]# vim /usr/local/php/etc/php.ini
 [Date]
 ; Defines the default timezone used by the date functions
 ; https://php.net/date.timezone
 date.timezone = Asia/Shanghai

生成启动文件

[root@Nginx ~]# cd /root/php-8.3.9/
 [root@Nginx php-8.3.9]# cp sapi/fpm/php-fpm.service /lib/systemd/system/
 # Mounts the /usr, /boot, and /etc directories read-only for processes invoked by 
this unit.
 #ProtectSystem=full       #注释该内容
 [root@Nginx php-8.3.9]# systemctl start php-fpm.service

准备php的测试页

[root@Nginx ~]# mkdir  /data/php -p
 [root@centos8 ~]# cat /data/php/index.php #php测试页面
<?php
 phpinfo();
 ?>

添加php环境变量

[root@Nginx ~]# vim .bash_profile
 # .bash_profile
 # Get the aliases and functions
 if [ -f ~/.bashrc ]; then
 . ~/.bashrc
 fi
 # User specific environment and startup programs
PATH=$PATH:$PATH:/usr/local/nginx/sbin:/usr/local/php/bin:/usr/local/php/sbin
[root@Nginx ~] #source ~/.bash profile

server{
	listen 80:
	server name www.timinglee.org;
	root /data/web/html;
	index index.html;
	
	location ~ \.php$ {
		fastcgi_pass 127.0.0.1:9000:
		fastcgi_index index.php;
		include fastcgi.conf;
	}
}

重启php服务

systemctl restart php-fpm

进入配置文件更改监听端口
vim /usr/local/php/etc/php-fpm.d/www.conf
listen = 0.0.0.0:9000
listen = 172.25.254.100:9000

6.3.2php的动态扩展模块

安装memcache模块

文件上传解压
tar zxf memcache-8.2.tgz
cd memcache-8.2
yum install autoconf -y

[root@Nginx ~]# cd memcache-8.2/
 [root@Nginx memcache-8.2]# yum install autoconf
 [root@Nginx memcache-8.2]# phpize
 [root@Nginx memcache-8.2]# ./configure && make && make install

复制测试文件到nginx发布目录中
配置php加载memcache模块

[root@Nginx ~]# vim /usr/local/php/etc/php.ini
 ;extension=zip
 extension=memcache
 ;zend_extension=opcache
 [root@Nginx ~]# systemctl reload  php-fpm
 [root@Nginx no-debug-non-zts-20230831]# php -m | grep mem
 memcache

部署memcached

 [root@Nginx ~]# yum install memcached -y
 [root@Nginx ~]# systemctl enable --now memcached.service
  [root@Nginx ~]# netstat -antlupe | grep memcache
  [root@Nginx ~]# cat /etc/sysconfig/memcached
 PORT="11211"
 USER="memcached"
 MAXCONN="1024"
 CACHESIZE="64"
 OPTIONS="-l 127.0.0.1,::1"

7 nginx 二次开发版本

7.1 openresty

Nginx 是俄罗斯人发明的， Lua 是巴西几个教授发明的，中国人章亦春把 LuaJIT VM 嵌入到 Nginx 中，实现了 OpenResty 这个高性能服务端解决方案
OpenResty® 是一个基于 Nginx 与 Lua 的高性能 Web 平台，其内部集成了大量精良的 Lua 库、第三方模块以及大多数的依赖项。用于方便地搭建能够处理超高并发、扩展性极高的动态 Web 应用、Web 服务和动态网关。
OpenResty® 通过汇聚各种设计精良的 Nginx 模块（主要由 OpenResty 团队自主开发），从而将Nginx 有效地变成一个强大的通用 Web 应用平台。这样，Web 开发人员和系统工程师可以使用 Lua 脚本语言调动 Nginx 支持的各种 C 以及 Lua 模块，快速构造出足以胜任 10K 乃至 1000K 以上单机并发连接的高性能 Web 应用系统。
OpenResty 由于有功能强大且方便的的API,可扩展性更强,如果需要实现定制功能,OpenResty是个不错的选择

7.2 编译安装 openresty

 [root@Nginx openresty-1.17.8.2]#make && make install
  [root@Nginx openresty-1.17.8.2]#ln -s /apps/openresty/bin/* /usr/bin/