Nginx

1. 基本概念

概述

• Nginx 是一个高性能的 HTTP 和反向代理服务器
• 特点是占有内存少，并发能力强
• 专为性能优化而开发，性能是其最最要的考量

反向代理

• 谈反向代理之前我们先来了解一下正向代理，比如现在我们要访问 www.google.com，谷歌大陆目前是不能直接访问的，那么我们就可以通过在浏览器配置代理服务器进行访问（如下图）
  
• 接下来我们介绍反向代理，客户端对代理无感知，客户端不需要任何配置，我们只需要将请求发送到反向代理服务器，然后由反向代理服务器去选择目标服务器获取数据后，再返回给客户端。此时反向代理服务器和目标服务器对外就是一个服务器。显然，反向代理对外暴露的是反向代理服务器，隐藏了真实服务器
• 比如下图中，我们想目标服务器发出请求时，由反向代理服务器选择 tomcat 服务器 8001 端口，获取数据后，再将数据返回给客户端
  

负载均衡

• 客户端发送多个请求到服务器，服务器与数据库交互处理请求，处理完毕后，再将结果返回给客户端
  
• 这种架构模式适用于早期系统单一简单，并发较少的情况。随着信息数量的不断增长，访问量和请求量的飞速增长，服务器性能就会达到瓶颈，此时我们应该如何解决？
• 首先想到的是提升服务器的配置，但是随着摩尔定律的日益失效，硬件的性能提升已经不能满足日益提升的性能需求。另外一个方法是我们可以增加服务器的数量，将请求分发到各个服务器上，这就是我们说的 负载均衡
• 如下图，将 15 个请求分发到三台服务器上，理想状态是每台服务器 3 个请求
  

动静分离

• 为了加快网站的解析速度，可以把动态页面和静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
  

2. Nginx 安装、命令和配置文件

Linux 中安装 Nginx

• 安装 PCRE

  PCRE 作用是让 Nginx 支持 Rewrite 功能。

  cd /usr/src/
  wget http://downloads.sourceforge.net/project/pcre/pcre/8.37/pcre-8.37.tar.gz
  

  

  tar zxvf pcre-8.37.tar.gz
  

  

  cd pcre-8.37/
  ./configure
  make && make install
  

  

  pcre-config --version
  

  

• 安装编译工具及库文件

  yum -y install make zlib zlib-devel gcc-c++ libtool  openssl openssl-devel
  

  

• 安装 Nginx

  cd /usr/src/
  wget http://nginx.org/download/nginx-1.12.2.tar.gz
  

  

  tar zxvf nginx-1.12.2.tar.gz
  

  

  cd nginx-1.12.2/
  ./configure
  make && make install
  

  

   /usr/local/nginx/sbin/nginx -v
  

  

• 安装成功后，在 usr 多出来一个文件夹 local/nginx，启动脚本为 /nginx/sbin/nginx

• 测试

  cd /usr/local/nginx/sbin
  ./nginx
  ps -ef | grep nginx
  

  
  直接访问 IP 地址可以看到如下界面
  

防火墙相关操作

• 查看开放的端口号：firewall-cmd --list-all
• 设置开放的端口号：firewall-cmd --add-service=http --permanent
  eg：sudo firewall-cmd --add-port=80/tcp --permanent
• 重启防火墙：firewall-cmd --reload
• 关闭防火墙：systemctl stop firewalld
• 永久关闭防火墙：systemctl disable firewalld

Nginx 常用命令

使用 nginx 命令前要进入 nginx 目录：cd /usr/local/nginx/sbin

• 查看 nginx 版本号：./nginx -v
  

• 启动 nginx：./nginx
  

• 关闭 nginx：./nginx -s stop
  

• 重载 nginx：./nginx -s reload
  

• 配置 systemctl

  配置 systemctl 后的启动方式

  • 状态：ssytemctl status nginx
  • 启动：systemctl start nginx
  • 关闭：systemctl stop nginx
  • 重启：systemctl restart nginx

  配置方法

  • nginx.service

    cd /usr/lib/systemd/system
    vim nginx.service
    

  • 将以下内容复制进去（注释的内容不要放进去！！！）

    [Unit]  //对服务的说明
    Description=nginx - high performance web server  //描述服务
    After=network.target remote-fs.target nss-lookup.target  //描述服务类型
    
    [Service]  //服务的一些具体运行参数的设置
    Type=forking  //后台运行的形式
    PIDFile=/usr/local/nginx/logs/nginx.pid  //PID文件的路径
    ExecStartPre=/usr/local/nginx/sbin/nginx -t -c /usr/local/nginx/conf/nginx.conf  //启动
    准备
    ExecStart=/usr/local/nginx/sbin/nginx -c /usr/local/nginx/conf/nginx.conf  //启动命令
    ExecReload=/usr/local/nginx/sbin/nginx -s reload  //重启命令
    ExecStop=/usr/local/nginx/sbin/nginx -s stop  //停止命令
    ExecQuit=/usr/local/nginx/sbin/nginx -s quit  //快速停止
    PrivateTmp=true  //给服务分配临时空间
    
    [Install]
    WantedBy=multi-user.target  //服务用户的模式
    

  • 赋予权限：chmod +x /usr/lib/systemd/system/nginx.service
  • 启动服务

    // 启动服务之前，需要先重载 systemctl 命令
    systemctl daemon-reload
    systemctl start nginx.service
    

    报错直接 kill -9 杀死重新拉起即可

Nginx 配置文件

Nginx 配置文件位置：/usr/local/nginx/conf/nginx.conf

配置文件由三部分组成

• 第一部分：全局块（从配置文件开始到 events 块之间的内容）
  • 主要设置一些影响 Nginx 服务器整体运行的配置指令，主要包括配置运行 Nginx 服务器的用户(组)、允许生成的 worker process 数、进程 PID 存放路径、日志存放路径和类型以及配置文件的引入等
  • worker_processes 1：Nginx 服务器并发处理的值，worker_processes 值越大，可以支持的并发处理数量越多
• 第二部分：events 块

  events {
      worker_connections  1024;
  }
  

  • 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; 表示 Nginx 支持的最大连接数为 1024
• 第三部分：http 块（http 块也可以包括 http 全局块、server 块）
  • http 全局块：http 全局块配置的指令包括文件引入、MIME-TYPE 类型、日志自定义、连接超时时间、单链接请求数上限等
  • server 块：这块和虚拟主机有密切联系，每个 http 块可以包括多个 server 块，每个 server 块就相当于一个虚拟主机，每个 server 块也分为全局 server 块，以及可以同时包含多个 location 块
    • 全局 server 块：最常见的配置是本虚拟主机的监听配置和本虚拟主机的名称或 IP 配置
    • location 块：主要作用的是基于 Nginx 服务器接收到的请求字符串（eg：server_name/uri-string），对虚拟主机名称（也可以是 IP 别名）之外的字符串（eg：/uri-string）进行匹配，对特定的请求进行处理。地址定向、数据缓存和应答控制等功能，还有许多第三方模块的配置也在这里进行

3. Nginx 配置实例

<0> 准备工作

• 安装 tomcat，使用默认端口号 8080

  cd /usr/src
  wget https://mirrors.cnnic.cn/apache/tomcat/tomcat-8/v8.5.73/bin/apache-tomcat-8.5.73.tar.gz
  tar zxvf apache-tomcat-8.5.73.tar.gz 
  

  
• 安装 jdk：可参考此教程 Linux 安装和配置 JDK13
• 启动 tomcat

  cd /usr/src/apache-tomcat-8.5.73/bin/
  ./startup.sh 
  

  
• 访问 tomcat（服务器要开放 8080 端口）
  

<1> 反向代理 • 实例一

• 实现效果：打开浏览器，在浏览器地址输入地址 www.123.com，跳转到 Linux 系统 tomcat 主页面中
• 过程分析：Windows 浏览器不能直接访问t omcat，要通过 nginx 反向代理到 tomcat
  
• 具体配置
  • 在 Windows 系统的 host 文件进行域名和 ip 对应关系的配置 C:\Windows\System32\drivers\etc\hosts
    
    
  • 在 nginx 进行请求转发的配置（反向代理）

    cd /usr/local/nginx/conf/
    vim nginx.conf
    

    
  • 测试

    //启动 nginx
    cd /usr/local/nginx/sbin
    ./nginx
    

    

<2> 反向代理 • 实例二

• 实现效果：使用 nginx 反向代理，根据访问的路径跳转到不同端口的服务中，nginx 监听端口为 9001
  • 访问 http://118.195.179.192:9001/edu/ 直接跳转到 127.0.0.1:8080
  • 访问 http://118.195.179.192/vod/ 直接跳转到 127.0.0.1:8081
• 准备工作
  • 准备两个 tomcat 服务器，一个 8080 端口，一个 8081 端口

  cd /usr/src
  mkdir tomcat8008
  mkdir tomcat8081
  cp apache-tomcat-8.5.73.tar.gz tomcat8080
  cp apache-tomcat-8.5.73.tar.gz tomcat8081
  ps -ef | grep tomcat
  kill -9 端口号
  cd tomcat8080
  tar zxvf apache-tomcat-8.5.73.tar.gz
  cd ..
  cd tomcat8081
  tar zxvf apache-tomcat-8.5.73.tar.gz
  cd ..
  cd tomcat8080
  cd apache-tomcat-8.5.73/
  cd bin/
  ./startup.sh
  cd ..
  cd ..
  cd ..
  cd tomcat8081
  cd apache-tomcat-8.5.73/
  cd conf
  vim server.xml 
  

  shutdown 端口随便改一下，我这里改成 8015
  
  8080 端口改成 8081
  
  启动 tomcat8081

  ./startup.sh
  

  可以看到我们启动了两个 tomcat，一个是 8080，一个是 8081
  
  我们可以访问看一下
  
  
• 创建文件夹和测试页面

  • 在 /usr/src/tomcat8080/apache-tomcat-8.5.73/webapps 下创建 edu 文件夹，并在文件夹下创建 a.html 文件，内容为 <h1>8080!!!</h1>
    

  • 同样的，在 /usr/src/tomcat8081/apache-tomcat-8.5.73/webapps 下创建 vod 文件夹，并在文件夹下创建 a.html 文件，内容为 <h1>8081!!!</h1>
    

• 具体配置

  • 找到 nginx 配置文件进行反向代理配置

    cd /usr/local/nginx/conf
    vim nginx.conf
    

    添加一个 server

    server {
        listen       9001;
        server_name  118.195.179.192;
    
        location ~ /edu/ {
            proxy_pass http://127.0.0.1:8080;
        }
    
        location ~ /vod/ {
            proxy_pass http://127.0.0.1:8081;
        }
    }
    

    

    开放端口号 9001、8080、8081
    重新加载 nginx

    cd /usr/local/nginx/sbin
    ./nginx --s stop 
    ./nginx 
    

• 最终测试
  
  
• location 指令说明
  • 该指令用于匹配 URL ，语法如下：

    location [ = | ~ | ~* | ^~] uri {
    
    }
    

  • =：用于不含正则表达式的 uri 前，要求请求字符串与 uri 严格匹配，如果匹配成功，就停止继续向下搜索并立即处理该请求
  • ~：用于表示 url 包含正则表达式，并且区分大小写
  • ~*：用于表示 uri 包含正则表达式，并且不区分大小写
  • ^~：用于不含正则表达式的 uri 前，要求 nginx 服务器找到标识 uri 和请求字符串匹配度最高的 location 后，立即使用此 location 处理请求，而不再使用 location 块中的正则 uri 和请求字符串做匹配

<3> 负载均衡

• 实现效果：通过浏览器地址栏输入地址 http://118.195.179.192/edu/a.html，负载均衡效果，平均 8080 和 8081 端口
• 准备工作
  • 准备两台 tomcat 服务器，一台 8080，一台 8081（上一个实例已经准备过）
  • 在两台 tomcat 的 webapps 目录下，创建名称为 edu 文件夹，在 edu 文件夹创建 a.html 页面，用于测试
• 在 nginx 的配置文件中进行负载均衡的配置

  cd /usr/local/nginx/conf
  vim nginx.conf
  

  
• 测试
  
• 负载均衡分配策略
  • 轮询（默认）：每个请求按时间顺序逐一分配到不同的后端服务器，如果后端服务器 down 掉，能自动剔除
  • weight
    • weight 代表权重，默认为1，权重越高被分配的客户端越多
    • 指定轮询几率，weight 和访问比率成正比，用于后端服务器性能不均的情况

      upstream myserver {
          server 118.195.179.192:8080 weight=5;
          server 118.195.179.192:8081 weight=10;
       }
      

  • ip_hash ：每个请求按访问 ip 的 hash 结果分配，这样每个访问固定访问一个后端服务器，可以解决 session 问题，eg

    upstream myserver {
    	ip_hash;
        server 118.195.179.192:8080;
        server 118.195.179.192:8081;
     }
    

  • fair（第三方）：按后端服务器的响应时间来分配请求，响应时间短的优先分配

    upstream myserver {
        server 118.195.179.192:8080;
        server 118.195.179.192:8081;
        fair;
     }
    

<4> 动静分离

动静分离从目前实现角度来讲大致分为两种

• 一种是纯粹把静态文件独立成到单独的域名，放在独立的服务器上
• 另一种方法就是动态跟静态文件混合在一起发布，通过 nginx 来分开
   

通过 location 指定不同的后缀名实现不同的请求转发。通过 expires 参数设置，可以使浏览器缓存过期期间，减少与服务器之前的请求和流量。具体 expires 定义：是给一个资源设定一个过期时间，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。（如果经常更新的文件，不建议使用 Expires 来缓存）。比如：设置 3d，表示在 3 天之内访问这个 URL，发送一个请求，比对服务器该文件最后更新时间没有变化，则不会从服务器抓取，返回状态码 304，如果有修改，则直接从服务器重新下载，返回状态码 200

• 准备工作

  • 在 Linux 系统中准备静态资源，用于进行访问

    cd /
    mkdir static
    cd static
    mkdir www
    mkdir image
    

  www 文件夹中创建文件 a.html ，内容为 <h1>test html</h1>
image 文件夹中随便放一张图片，我这里放的是 01.jpg

• 实现效果：浏览器访问 www 下 a.html 和 image 下 01.jpg（不是通过 tomcat，而是通过 nginx 静态资源配置访问）

• 具体配置

  cd /usr/local/nginx/conf
  vim nginx.conf
  

  
  启动/重启 nginx

  cd /usr/local/nginx/sbin
  ./nginx
  

• 测试

  • 浏览器输入地址 http://118.195.179.192/image/01.jpg
    
    
  • 浏览器输入地址 http://118.195.179.192/www/a.html
    

<5> 高可用集群

• 什么是高可用？
  • 有一台主服务器和一台备份服务器，一般请求时都是根据主服务器发送请求，当主服务器的 Nginx 挂掉时，会自动切换到备份服务器，通过备份服务器进行访问，此时备份服务器作为主服务器的位置来处理请求，这就是高可用
    
• 准备工作
  • 需要两台 Nginx 服务器
  • 在两台服务器安装 nginx （前面有教程）
  • 在两台服务器安装 keepalived
    yum install keepalived -y
    安装目录为：/etc/keepalived
    查看是否被安装：rpm -q -a keepalived
    
• 完成高可用配置（主备配置）

  cd /etc/keepalived
  vim keepalived.conf
  

  主服务器

  global_defs {
     notification_email {
  		acassen@firewall.loc
  		failover@firewall.loc
  		sysadmin@firewall.loc
     }
  	notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc
  	smtp_server 192.168.200.1
  	smtp_connect_timeout 30
  	router_id LVS_DEVEL
  }
  
  vrrp_script chk_http_port {
  	script "/usr/local/src/nginx_check.sh"
  	interval 2  # 检测脚本执行的间隔
  	weight 2
  }
  
  vrrp_instance VI_1 {
  	state MASTER  # 备份服务器上将 MASTER 改为 BACKUP
  	interface eth0  # 网卡
  	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，备机值较小
  	advert_int 1
  	authentication {
  		auth_type PASS
  		auth_pass 1111
  	}
  	virtual_ipaddress {
  		192.168.200.16  # VRRP H 虚拟地址
  	}
  }
  

  备份服务器

  global_defs {
     notification_email {
  		acassen@firewall.loc
  		failover@firewall.loc
  		sysadmin@firewall.loc
     }
  	notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc
  	smtp_server 192.168.200.1
  	smtp_connect_timeout 30
  	router_id LVS_DEVEL
  }
  
  vrrp_script chk_http_port {
  	script "/usr/local/src/nginx_check.sh"
  	interval 2  # 检测脚本执行的间隔
  	weight 2
  }
  
  vrrp_instance VI_1 {
  	state BACKUP  # 备份服务器上将 MASTER 改为 BACKUP
  	interface eth0  # 网卡
  	virtual_router_id 51  # 主、备机的 virtual_router_id 必须相同
  	priority 90  # 主、备机取不同的优先级，主机值较大，备机值较小
  	advert_int 1
  	authentication {
  		auth_type PASS
  		auth_pass 1111
  	}
  	virtual_ipaddress {
  		192.168.200.16  # VRRP H 虚拟地址
  	}
  }
  

  在主服务器和备份服务器 /usr/local/src 下编写文件 nginx_check.sh

  #!/bin/bash
  A=`ps -C nginx -no-header |wc -1`
  if [ $A -eq 0 ];then
      /usr/local/nginx/sbin/nginx  # Nginx 启动脚本位置
      sleep 2
      if [ `ps -C nginx --no-header |wc -1` -eq 0 ];then
          killall keepalived
      fi
  fi
  

  启动两台服务器的 nginx 和 keepalived

  cd /usr/local/nginx/sbin
  ./nginx
  systemctl start keepalived
  

• 测试：两台服务器要在同一局域网，我这里只是为了演示流程
• keepalived 配置文件详解
  • global_defs：全局配置（主要是 router_id 服务器名字 在 /etc/host 添加主机名称）
  • vrrp_script：脚本配置
    • script "xxx.sh"
    • interval 2：检测脚本执行的间隔（2s）
    • weight -20：权重（当脚本中的条件成立，当前主机的权重降低20）
  • vrrp_instance：虚拟 IP 配置
    • state BACKUP：表示服务器是主服务器（MASTER）还是备份服务器（BACKUP）
    • interface eth0：绑定的网卡（通过 ifconfig 查看）
    • virtual_router_id 51：主备机的id值，相当于唯一标识
    • priority 90：优先级，值越大，优先级越高（一般主服务器设置为 100，从服务器小于 100，比如 90）
    • advert_int 1：每隔多长时间发送一个心跳，检测服务器是否或者，默认每隔 1 s 发送一个心跳
    • authentication {auth_type PASS auth_pass 1111}：权限校验方式（密码：1111）
    • vritual_ipaddress：绑定虚拟 IP（可以绑定多个）

4. Nginx 原理

• nginx 启动后有两个进程：master 和 worker
  
• master 就相当于一个领导，不做具体工作，分配任务给 worker，worker 做具体的任务
• worker 如何进行工作？
  • 当 client（客户端）发送一个请求到 nginx，首先到 master，master 得到请求后，将请求分担给 worker，一个 master 下面有很多个 worker，worker 获取任务不是平均分配，也不是轮询，而是 争抢 的机制

client 发送请求 -> master ->worker（争抢机制） -> 具体操作

• 一个 master 和多个 worker 有什么好处？
  • 可以使用 nginx -s reload 热部署，利于 nginx 进行热部署操作
  • 每个 worker 都是独立的进程，不需要加锁，一个进程退出后，其他进程可正常工作，降低风险
• 设置多少个 worker 合适？
  • Nginx 同 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。设少了会浪费 CPU，设多了会造成 CPU 频繁切换上下文带来的损耗
• 连接数 worker_connection（每个 worker 进程所能建立连接的最大值）
  • 发送一个请求，占用了 worker 的几个连接数？答案：2（client 访问静态资源，worker 收到请求后返回） 或者 4 个（worker 本身不支持 Java，worker 要把请求转发给 tomcat，tomcat 再返回）
  • nginx 有一个 master，有 4 个 worker，每个 worker 支持的最大连接数为 1024， 支持的最大的并发数为多少？

    worker 最大支持的连接数 4*1024
    worker 支持的最大并发 4*1024/2=2048 或 4*1024/4=1024
    

普通的静态访问最大并发数是：worker_connections * worker_processes / 2
作为反向代理来说，最大的并发数量是：worker_connections * worker_processes / 4
【注】worker_connections：每个 worker 支持的最大连接数（即上面所说的 1024）
worker_processes：worker 的数量