高性能web服务器nginx

nginx简介

服务端 I/O 流程

Nginx 进程结构

Nginx启动流程

nginx的源码编译下载

nginx命令常见参数

nginx的配置文件详解

全局配置优化

nginx的平滑升级和回滚

nginx目录匹配优先级测试（因为=只支持访问文件，所有不比对=匹配目录优先级）

nginx中自定义错误页面

nginx中自定义错误日志

nginx中检测文件是否存在

nginx中长连接配置

nginx作为下载服务器配置

nginx高级配置

Nginx 状态页设置

Nginx 压缩功能

nginx的变量

常用内置变量

自定义变量的使用

ngx_http_rewrite_module 模块指令

Nginx Rewrite

全站加密：

nginx动静分离的实现

nginx反向代理的负载均衡

nginx的防盗链

php的动态扩展模块（php的缓存模块）

php高速缓存（使nginx跳过php-fpm，php直接向缓存中的memcached读取数据）

nginx简介

Nginx是一款轻量级和高性能的Web服务器、反向代理服务器、电子邮件代理服务器，是带有BSD-like协议的开源产品。Nginx由俄罗斯程序员伊戈尔·赛索耶夫开发，其第一个公开版本0.1.0发布于2004年10月4日。在技术设计上，Nginx采用事件驱动架构，能够处理大量并发连接，这使得它在面对高流量网站时表现出色。官方测试显示，Nginx能够支撑高达50,000个并发链接，同时CPU和内存消耗非常低，运行非常稳定。Nginx因其高性能、低资源占用和灵活的功能特性，成为全球许多网站首选的Web服务器和反向代理服务器。无论是静态资源服务、动态内容代理、负载均衡还是HTTPS加强，Nginx基本都能胜任。

主要功能：Nginx可以作为静态和动态内容的HTTP服务器。它也可以作为反向代理服务器，将客户端请求转发到后端服务器，并将后端服务器的响应返回给客户端。在现代网站架构中，Nginx经常被用作负载均衡器，通过算法（如轮询、权重、IP哈希等）将客户端请求均匀分配到多个服务器，从而增强系统性能和可靠性。对于动态内容（如PHP脚本），Nginx可以将请求转发到专门的应用程序服务器（例如Apache或PHP-FPM），而由Nginx负责处理静态内容（如图片、CSS、JavaScript文件）

服务端 I/O 流程

服务端I/O流程包括磁盘I/O和网络I/O，主要用于处理数据从内核空间到用户空间的传输。这一过程对于服务器性能和响应速度有重要影响。

基本概念：
I/O即输入输出，指在计算机中进行数据交换的过程。
服务端I/O涉及磁盘I/O和网络I/O，两者在原理上有所不同但互相补充。
磁盘I/O：
进程向内核发起系统调用，请求磁盘上的某个资源，如HTML文件或图片。
内核通过相应的驱动程序将目标文件加载到内核内存空间（缓冲区）。
数据准备完成后，内核将其从缓冲区复制到用户空间的进程内存中。
网络I/O：
网络I/O主要处理网络协议栈与用户空间进程之间的数据传输。
服务器通过网络接口接收到请求数据，经内核预处理后交给应用程序。
应用程序处理完请求并构建响应，再通过内核空间的网络I/O返回给客户端。
设备控制器：
设备控制器是管理CPU信号传入和传出的系统，它连接外部设备并通过寄存器进行数据存储和管理
设备控制器通常以芯片或印刷电路卡形式插入主板。
内存映射I/O：
内存映射I/O是一种将控制寄存器映射到内存空间的方法，使CPU能够直接访问这些寄存器。
这种方法简化了CPU与设备通信，提高了数据处理效率。
阻塞和非阻塞：
阻塞I/O指在完成操作前，调用者必须等待，无法进行其他操作。
非阻塞I/O允许调用者在等待期间执行其他任务，提高系统整体效率。

Nginx 进程结构

Nginx的进程结构主要包含一个master进程和多个worker进程，以及在某些配置下可能包括cache进程。这种多进程结构设计旨在保证Nginx的高可用性和高可靠性。

Master Process（主进程）：负责整个Nginx的启动、加载配置文件、管理worker进程以及处理外部信号。Master进程是所有worker进程的父进程。当系统启动Nginx时，首先运行的是master进程，然后由它根据配置创建相应的worker进程。

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

Worker Processes（工作进程）：负责处理具体的客户端请求，如页面请求、反向代理等。Worker进程的数量一般设置为与服务器的CPU核数相同，这样可以利用多核CPU的并行处理能力。每个worker进程都是独立运行的，它们之间不共享地址空间，确保了系统的高可靠性。

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

Cache Processes（缓存进程）：包括cache manager和cache loader进程，主要用于反向代理时的缓存处理。Cache Manager负责管理缓存，而Cache Loader负责加载缓存内容到内存中。

Nginx启动流程

Master进程启动：当Nginx启动时，首先运行Master进程，它会加载配置文件并进行一系列初始化操作。这些操作包括设置进程ID、加载并初始化各模块（如HTTP模块、event模块等），以及设置好用于监听的socket。

Worker进程启动：Master进程根据配置文件中指定的worker_processes数量，fork出多个Worker进程。每个Worker进程都会进行一些自身的初始化操作，比如设置进程优先级、打开文件描述符的数量限制，并将监听的socket设置为可读状态以便接收客户端的连接请求。Worker进程会竞争新的连接，获胜方通过三次握手，建立 Socket 连接，并处理请求

nginx的源码编译下载

1.下载好所需的安装包以及创立用户nginx

yum install gcc pcre-devel zlib-devel openssl-devel -y
useradd -s /sbin/nologin -M nginx

2.解压提前上传的nginx包并进入解压后的目录（可以去阿里云镜像站上获取）

3.配置信息并进行编译下载

./configure --prefix=/usr/local/nginx --user=nginx --group=nginx --with-http_ssl_module --with-http_v2_module --with-http_realip_module --with-http_stub_status_module --with-http_gzip_static_module --with-pcre --with-stream --with-stream_ssl_module --with-stream_realip_module

4.配置环境变量

5.修改nginx启动文件并重启服务（vim /lib/systemd/system/nginx.service）

测试（nginx -V 查看版本）

nginx命令常见参数

-v：显示nginx的版本信息。

-t：测试配置文件是否有语法错误。

-T：测试配置文件并打印出配置信息。

-q：在测试配置文件时，不输出非错误信息。

-s signal：向主进程发送信号，如stop、quit、reopen、reload等。

-p prefix：指定nginx的安装目录，默认为/etc/nginx/。

-c filename：指定配置文件路径，默认为/etc/nginx/nginx.conf。

-g directives：设置全局指令，这些指令不在配置文件中

nginx的配置文件详解

# 全局配置端，对全局生效，主要设置 nginx 的启动用户 / 组，启动的工作进程数量，工作模式， Nginx 的 PID 路径，日志路径等。

user nginx nginx;

worker_processes 1; # 启动工作进程数数量

events { #events # 设置快，主要影响 nginx 服务器与用户的网络连接，比如是否允许同时接受多个网络连接，使用哪种事件驱动模型 # 处理请求，每个工作进程可以同时支持的最大连接数，是否开启对多工作进程下的网络连接进行序列化等。

worker_connections 1024; # 设置单个 nginx 工作进程可以接受的最大并发，作为 web 服务器的时候最大并发数为 #worker_connections *

worker_processes ，作为反向代理的时候为 #(worker_connections * worker_processes)/2

}

http { #http 块是 Nginx 服务器配置中的重要部分，缓存、代理和日志式定义等绝大多数功能和第三方模块都 # 可以在这设置， http 块可以包含多个server 块，而一个 server 块中又可以包含多个 location 块，

#server 块可以配置文件引入、 MIME-Type 定义、日志自定义、是否启用sendfile 、连接超时时间和 # 单个链接的请求上限等。

include mime.types;

default_type application/octet-stream;

sendfile on; # 作为 web 服务器的时候打开 sendfile 加快静态文件传输，指定是否使用

#sendfile 系统调用来传输文件

#sendfile 系统调用在两个文件描述符之间直接传递数据 ( 完全在内核中操作)

# 从而避免了数据在内核缓冲区和用户缓冲区之间的拷贝，操作效率很高，被称之为零拷贝，

# 硬盘 >> kernel buffer ( 快速拷贝到 kernelsocket

buffer) >> 协议栈。

keepalive_timeout 65; # 长连接超时时间，单位是秒

server { # 设置一个虚拟机主机，可以包含自己的全局快，同时也可以包含多个location 模块

# 比如本虚拟机监听的端口、本虚拟机的名称和 IP 配置，多个server 可以使用一个端口比如都使用 #80 端口提供 web 服务

listen 80; # 配置 server 监听的端口

server_name localhost; # 本 server 的名称，当访问此名称的时候 nginx 会调用当前 serevr内部的配置进程匹配。

location / { #location 其实是 server 的一个指令，为 nginx 服务器提供比较多而且灵活的指令

# 都是在 location 中体现的，主要是基于 nginx 接受到的请求字符

串

# 对用户请求的 UIL 进行匹配，并对特定的指令进行处理

# 包括地址重定向、数据缓存和应答控制等功能都是在这部分实现

# 另外很多第三方模块的配置也是在 location 模块中配置。

root html; # 相当于默认页面的目录名称，默认是安装目录的相对路径，可以使

用绝对路径配置。

index index.html index.htm; # 默认的页面文件名称

}

error_page 500 502 503 504 /50x.html; # 错误页面的文件名称

location = /50x.html { #location 处理对应的不同错误码的页面定

义到 /50x.html

# 这个跟对应其 server 中定义的目录下。

root html; # 定义默认页面所在的目录

}

全局配置优化

user nginx;：指定运行Nginx进程的用户为"nginx"

orker_processes auto;：设置工作进程的数量，"auto"表示根据可用CPU核心数自动选择合适数量的工作进程。

worker_cpu_affinity 01 10;：绑定工作进程到特定的CPU核心上。因为我设置的两核所以这里将第一个工作进程绑定到CPU核心0和1，第二个工作进程绑定到CPU核心10。（如果是四核则0001 0010 0100 1000，以此类推）

nginx的平滑升级和回滚

1.解压提前上传的nginx包并进入解压后的目录

2.编译新版本

./configure --with-http_ssl_module --with-http_v2_module --with-http_realip_module --with-http_stub_status_module --with-http_gzip_static_module --with-pcre --with-stream --with-stream_ssl_module --with-stream_realip_module

make

3.查看两个版本并把之前的版本备份，新版的nginx挪过去

4.查看进程，进行平滑升级

#USR2 平滑升级可执行程序 , 将存储有旧版本主进程 PID 的文件重命名为 nginx.pid.oldbin ，并启动新的nginx

5.回收旧版本

平滑升级测试

回滚

1. 重新拉起旧版本的 worker

2.向之前的nginx.24的进程发送HUP（挂起）信号并将新版本nginx.26回收

回滚测试

nginx目录匹配优先级测试（因为=只支持访问文件，所以不比对=匹配目录优先级）

Nginx 账户认证功能

1.创建用户认证表

2.生成默认访问页面

3.修改配置文件启用认证并重启服务

测试

nginx中自定义错误页面

1.在配置文件中编写错误时访问页面

2.向默认错误页面里输入内容

测试

nginx中自定义错误日志

1.在配置文件中定义日志存放目录

2.创建存放目录并重启服务

测试

nginx中检测文件是否存在

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

1.编写配置文件定义检测文件范围

2.编写找不到时默认访问的default文件

重启服务并测试

nginx中长连接配置

keepalive_timeout timeout [header_timeout]; #设定保持连接超时时长，0表示禁止长连接，默认为75s

#通常配置在http字段作为站点全局配置

keepalive_requests 数字; #在一次长连接上所允许请求的资源的最大数量

#默认为100次,建议适当调大,比如:500

例：如图，keepalive_timeout 65 60；此配置会设置超时时间为65s，但是客户端会看到是60s，

keepalive_requests 500；在一次长连接上所允许请求的资源的最大数量为500，超过500自动中断

nginx作为下载服务器配置

1.创建存放下载资源的目录并传输供下载的资源

这个命令将创建一个名为xufile的文件，大小为100MB。它使用/dev/zero作为输入文件，这意味着它将从全零文件中读取数据。然后，它将数据写入到/data/web/download/目录下的xufile文件中，每次读写1MB的数据块

2.编写配置文件

root /data/web;：指定该路径下的文件应该从/data/web目录中提供。
autoindex on;：启用自动索引功能，当访问/download路径时，会显示目录下的文件列表。
autoindex_localtime on;：在文件列表中显示文件的本地时间。
autoindex_exact_size off;：禁用显示文件的精确大小，只显示大致的大小。
limit_rate 1024K;：限制下载速度为1024KBps（即1MBps）。

这个配置块的作用是设置Nginx服务器如何处理来自客户端的/download路径的请求。具体来说，它会将请求映射到/data/web目录下的文件，并提供一个文件列表供用户浏览和下载。同时，它还限制了下载速度，以防止过大的流量占用过多的带宽

重启服务进行测试

nginx高级配置

Nginx 状态页设置

编辑配置文件，定义状态页

该配置文件定义一个名为域名为status.xujiahao.org的主机。该主机监听80端口，并将根目录设置为/data/web/html，默认首页为index.html。同时，它还定义了一个名为/status的位置块，用于显示服务器的状态信息。在这个位置块中，使用了stub_status指令来提供状态信息，只允许IP地址为172.25.254.1的客户端访问，其他所有客户端都被拒绝访问。

测试

Nginx 压缩功能

在配置文件中启用压缩功能并定义压缩配置

gzip on;：启用gzip压缩功能。
gzip_comp_level 5;：设置压缩级别为5（范围是1到9，数值越大表示压缩率越高，但CPU消耗也越大）。
gzip_min_length 1k;：设置最小压缩文件大小为1KB，小于这个大小的文件不会被压缩。
gzip_http_version 1.1;：指定使用HTTP/1.1协议进行压缩。
gzip_vary on;：启用Vary头，告诉代理服务器根据不同的请求头来缓存压缩后的文件。
gzip_types ...;：指定需要压缩的文件类型，包括文本、JavaScript、CSS、XML、PHP脚本以及图片格式等。

重启服务进行测试

nginx的变量

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

$request_uri;

\#包含请求参数的原始URI，不包含主机名，相当于:$document_uri?$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>

\#name为任意请求报文首部字部cookie的key名

$http_<name>

\#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

在配置文件中定义访问页面时输出变量

访问测试

自定义变量的使用

在配置文件中自定义变量并输出

访问测试

ngx_http_rewrite_module 模块指令

if指令

`

break和return

Nginx Rewrite

编辑配置文件，当访问时临时重定向到www.xujiahao.com

编辑配置文件，当访问时永久重定向到www.xujiahao.com

全站加密：

1.创建存放RSA密钥对和自签名证书的目录，并生成RSA密钥对和自签名证书

2.修改配置文件

配置一个名为www.xujiahao.org的网站。它监听80和443端口，分别用于HTTP和HTTPS连接。网站的文件根目录设置为/data/web/html，首页文件为index.html。同时，配置SSL证书和密钥的路径，以及SSL会话缓存和超时设置。最后，定义了一个location块，用于将所有HTTP请求重定向到HTTPS。

访问时自动转入了https

nginx动静分离的实现

1.编辑配置文件

监听80端口，并将域名www.xujiahao.edu的请求转发到不同的后端服务器。当访问根路径（/）时，请求会被转发到IP地址为172.25.254.30的服务器。当访问包含/static路径的URL时，请求会被转发到IP地址为172.25.254.20，端口为8080的服务器。

2.在172.25.254.10和172.25.254.20上制作界面，并在172.25.254.20上改变监听端口为8080

nginx反向代理的负载均衡

编辑配置文件

该配置定义了一个服务集群webserver其中包含了三个服务器172.25.254.10，172.25.254.20，172.25.254.100，当访问定义的test.xujiahao.test域名时会将请求打向172.25.254.10，172.25.254.20（因为默认的是轮询算法，可以根据具体情况选择其他算法如源地址hash目标地址hash等）。当172.25.254.10和172.25.254.20都不可用时会打向备用的服务器172.25.254.100

测试