让Nginx反向代理不再超时

Posted 2021-04-11 源自开发者

今天，项目生产环境出现了连接超时的问题，那我们就来看看如何解决nginx做反向代理时的超时问题。

先给出关键配置：

/etc/nginx/nginx.conf

sendfile on;tcp_nopush on;tcp_nodelay on;

/etc/nginx/conf.d/app.conf

upstream app {    server localhost:8000;}server { location / { proxy_pass http://app;        proxy_read_timeout 3600; # 请求后端的超时时间，这是关键        proxy_http_version 1.1; # HTTP 协议中对长连接的支持是从 1.1版本 之后才有的        proxy_set_header Connection ""; # 清理来自 client 请求中的 Connection header }}

1、TCP_NODELAY

你怎么可以强制 socket 在它的缓冲区里发送数据？

一个解决方案是 TCP 堆栈的 TCP_NODELAY选项。这样就可以使缓冲区中的数据立即发送出去。

Nginx的 TCP_NODELAY 选项使得在打开一个新的 socket 时增加了TCP_NODELAY选项。但这时会造成一种情况：

终端应用程序每产生一次操作就会发送一个包，而典型情况下一个包会拥有一个字节的数据以及40个字节长的包头，于是产生4000%的过载，很轻易地就能令网络发生拥塞。为了避免这种情况，TCP堆栈实现了等待数据 0.2秒钟，因此操作后它不会发送一个数据包，而是将这段时间内的数据打成一个大的包。这一机制是由Nagle算法保证。

Nagle化后来成了一种标准并且立即在因特网上得以实现。它现在已经成为默认配置了，但有些场合下把这一选项关掉也是合乎需要的。现在假设某个应用程序发出了一个请求，希望发送小块数据。我们可以选择立即发送数据或者等待产生更多的数据然后再一次发送两种策略。

如果我们马上发送数据，那么交互性的以及客户/服务器型的应用程序将极大地受益。如果请求立即发出那么响应时间也会快一些。以上操作可以通过设置套接字的 TCP_NODELAY = on 选项来完成，这样就禁用了Nagle 算法。（不需要等待0.2s）

2、TCP_NOPUSH

在 nginx 中，tcp_nopush 配置和 tcp_nodelay “互斥”。它可以配置一次发送数据的包大小。也就是说，它不是按时间累计 0.2 秒后发送包，而是当包累计到一定大小后就发送。

注：在 nginx 中，tcp_nopush 必须和 sendfile 搭配使用。

3、sendfile

现在流行的web 服务器里面都提供 sendfile选项用来提高服务器性能，那到底 sendfile是什么，怎么影响性能的呢？

sendfile实际上是 Linux2.0+以后的推出的一个系统调用，web服务器可以通过调整自身的配置来决定是否利用 sendfile这个系统调用。先来看一下不用 sendfile的传统网络传输过程：

read(file,tmp_buf, len);

write(socket,tmp_buf, len);

硬盘 >> kernel buffer >> user buffer>> kernel socket buffer >>协议栈

1）一般来说一个网络应用是通过读硬盘数据，然后写数据到socket 来完成网络传输的。上面2行用代码解释了这一点，不过上面2行简单的代码掩盖了底层的很多操作。来看看底层是怎么执行上面2行代码的：

系统调用 read()产生一个上下文切换：从 user mode 切换到 kernel mode，然后 DMA 执行拷贝，把文件数据从硬盘读到一个 kernel buffer 里。

数据从 kernel buffer拷贝到 user buffer，然后系统调用 read() 返回，这时又产生一个上下文切换：从kernel mode 切换到 user mode。

系统调用write()产生一个上下文切换：从 user mode切换到 kernel mode，然后把步骤2读到 user buffer的数据拷贝到 kernel buffer（数据第2次拷贝到 kernel buffer），不过这次是个不同的 kernel buffer，这个 buffer和 socket相关联。

系统调用 write()返回，产生一个上下文切换：从 kernel mode 切换到 user mode（第4次切换了），然后 DMA 从 kernel buffer拷贝数据到协议栈（第4次拷贝了）。

上面4个步骤有4次上下文切换，有4次拷贝，我们发现如果能减少切换次数和拷贝次数将会有效提升性能。在kernel2.0+ 版本中，系统调用 sendfile() 就是用来简化上面步骤提升性能的。sendfile() 不但能减少切换次数而且还能减少拷贝次数。

2）再来看一下用 sendfile()来进行网络传输的过程：

sendfile(socket,file, len);

硬盘 >> kernel buffer (快速拷贝到kernelsocket buffer) >>协议栈

系统调用sendfile()通过 DMA把硬盘数据拷贝到 kernel buffer，然后数据被 kernel直接拷贝到另外一个与 socket相关的 kernel buffer。这里没有 user mode和 kernel mode之间的切换，在 kernel中直接完成了从一个 buffer到另一个 buffer的拷贝。

DMA 把数据从 kernelbuffer 直接拷贝给协议栈，没有切换，也不需要数据从 user mode 拷贝到 kernel mode，因为数据就在 kernel 里。

步骤减少了，切换减少了，拷贝减少了，自然性能就提升了。这就是为什么说在Nginx 配置文件里打开 sendfile on 选项能提高 web server性能的原因。

综上，这三个参数都应该配置成on：sendfile on; tcp_nopush on; tcp_nodelay on;

4、proxy_read_timeout

设置向代理后端发起请求的一个超时时间，默认是60秒，这也就是这次生产环境出现问题的关键原因，所以将它改成一个小时，proxy_read_timeout 3600。

到此就解决了Nginx做反向代理时的超时问题。