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深入浅出聊Nginx轻量级web服务器,通俗易懂

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【前言】

Nginx是一款轻量级的Web服务器、反向代理服务器,由于它的内存占用少,启动极快,高并发能力强,在互联网项目中广泛应用。

如果你还没安装nginx服务器,那么你可以看:CentOS_7 下安装和配置 Nginx 服务

Nginx 服务器架构

下面通过一张架构图来看看当下流行的技术架构:

nginx_web_server_1

Nginx 架构示意图

从图中可以大致了解到nginx的架构情况,其中Nginx有点入口网关的味道。

反向代理服务器?

经常听圈里的人说到一些术语,如反向代理,那么什么是反向代理,什么又是正向代理呢?下面就来讲讲:

正向代理

nginx_web_server_2

正向代理示意图

反向代理

nginx_web_server_3

反向代理示意图

由于防火墙的原因,我们并不能直接访问谷歌等国外网站,那么我们可以借助V*P*N(虚拟专用网络)来实现,这就是一个简单的正向代理的例子。这里你能够发现,正向代理“代理”的是客户端,而且客户端是知道目标的,而目标是不知道客户端是通过V*P*N访问的。

当我们在外网访问百度的时候,其实会进行一个转发,代理到内网去,这就是所谓的反向代理,即反向代理“代理”的是服务器端,而且这一个过程对于客户端而言是透明的。

Nginx的Master-Worker模式

nginx_web_server_4

nginx 进程

启动Nginx后,其实就是在80端口启动了Socket服务进行监听(如上图所示),Nginx涉及Master进程和Worker进程。

nginx_web_server_5_Master-Worker模式

Master-Worker模式

nginx.conf 配置文件:

  1. Master进程的作用是?
    读取并验证nginx.conf配置文件;管理worker进程;
  2. Worker进程的作用是?
    每一个Worker进程都维护一个线程(避免线程切换),处理连接和请求;注意Worker进程的个数由配置文件决定,一般和CPU个数相关(有利于进程切换),配置几个就有几个Worker进程。

Nginx如何做到热部署?

  • 什么是Nginx热部署?
    所谓热部署,就是配置文件nginx.conf修改后,不需要stop Nginx,不需要中断请求,就能让配置文件生效!(nginx -s reload 重新加载/nginx -t检查配置/nginx -s stop)
    通过上文我们已经知道worker进程负责处理具体的请求,那么如果想达到热部署的效果,可以想象:
  • 方案一:
    修改配置文件nginx.conf后,主进程master负责推送给woker进程更新配置信息,woker进程收到信息后,更新进程内部的线程信息。(有点valatile的味道)
  • 方案二:
    修改配置文件nginx.conf后,重新生成新的worker进程,当然会以新的配置进行处理请求,而且新的请求必须都交给新的worker进程,至于老的worker进程,等把那些以前的请求处理完毕后,kill掉即可。
    Nginx采用的就是方案二来达到热部署的!

Nginx如何做到高并发下的高效处理?

上文已经提及Nginx的worker进程个数与CPU绑定、worker进程内部包含一个线程高效回环处理请求,这的确有助于效率,但这是不够的。

作为专业的程序员,我们可以开一下脑洞:BIO/NIO/AIO、异步/同步、阻塞/非阻塞…

要同时处理那么多的请求,要知道,有的请求需要发生IO,可能需要很长时间,如果等着它,就会拖慢worker的处理速度。

Nginx采用了Linux的epoll模型,epoll模型基于事件驱动机制,它可以监控多个事件是否准备完毕,如果OK,那么放入epoll队列中,这个过程是异步的。worker只需要从epoll队列循环处理即可。

Nginx挂了怎么办?

Nginx既然作为入口网关,当然很重要,如果出现单点问题,显然是不可接受的。

答案是:Keepalived+Nginx实现高可用

Keepalived是一个高可用解决方案,主要是用来防止服务器单点发生故障,可以通过和Nginx配合来实现Web服务的高可用。(其实,Keepalived不仅仅可以和Nginx配合,还可以和很多其他服务配合)

Keepalived+Nginx实现高可用的思路:

第一:请求不要直接打到Nginx上,应该先通过Keepalived(这就是所谓虚拟IP,VIP)

第二:Keepalived应该能监控Nginx的生命状态(提供一个用户自定义的脚本,定期检查Nginx进程状态,进行权重变化,,从而实现Nginx故障切换)

nginx_web_server_Keepalived+Nginx 示意图

Keepalived+Nginx 示意图

回到我们的主战场:nginx.conf

很多时候,在开发、测试环境下,我们都得自己去配置Nginx,就是去配置nginx.conf。

nginx.conf 是典型的分段配置文件,下面我们就来分析一下:

虚拟主机:

nginx_web_server_7

nginx.conf 配置文件

nginx_web_server_8

访问结果

其实这是把Nginx作为web server来处理静态资源。

第一:location可以进行正则匹配,应该注意正则的几种形式以及优先级。(这里不展开)

第二:Nginx能够提高速度的其中一个特性就是:动静分离,就是把静态资源放到Nginx上,由Nginx管理,动态请求转发给后端。

第三:我们可以在Nginx下把静态资源、日志文件归属到不同域名下(也即是目录),这样方便管理维护。

第四:Nginx可以进行IP访问控制,有些电商平台,就可以在Nginx这一层,做一下处理,内置一个黑名单模块,那么就不必等请求通过Nginx达到后端在进行拦截,而是直接在Nginx这一层就处理掉。

 

反向代理【proxy_pass】

  • 所谓反向代理,很简单,其实就是在location这一段配置中的root替换成proxy_pass即可。root说明是静态资源,可以由Nginx进行返回;而proxy_pass说明是动态请求,需要进行转发,比如代理到Tomcat上。
  • 反向代理,上面已经说了,过程是透明的,比如说request -> Nginx -> Tomcat,那么对于Tomcat而言,请求的IP地址就是Nginx的地址,而非真实的request地址,这一点需要注意。不过好在Nginx不仅仅可以反向代理请求,还可以由用户自定义设置HTTP HEADER

负载均衡【upstream】

  • 上面的反向代理中,我们通过proxy_pass来指定Tomcat的地址,很显然我们只能指定一台Tomcat地址,那么我们如果想指定多台来达到负载均衡呢?
  • 第一,通过upstream来定义一组Tomcat,并指定负载策略(IPHASH、加权论调、最少连接),健康检查策略(Nginx可以监控这一组Tomcat的状态)等。
  • 第二,将proxy_pass替换成upstream指定的值即可。
  • 负载均衡可能带来的问题?
    负载均衡所带来的明显的问题是,一个请求,可以到A server,也可以到B server,这完全不受我们的控制,当然这也不是什么问题,只是我们得注意的是:用户状态的保存问题,如Session会话信息,不能在保存到服务器上。

缓存

  • Nginx提供缓存机制,使得用户可以加快访问速度。说白了,只需在nginx.conf配置文件上做一个开启声明,同时指定缓存目录,让缓存可以存储到磁盘上。具体配置,大家可以参考Nginx官方文档,这里就不在展开了。

 

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