nginx 工作原理和配置文件讲解

Posted 2021-01-01 derrickrose

1、nginx 介绍

Nginx (engine x) 是一个高性能的HTTP和反向代理服务，也是一个IMAP/POP3/SMTP服务。Nginx是由伊戈尔·赛索耶夫为俄罗斯访问量第二的Rambler.ru站点（俄文：Рамблер）开发的，第一个公开版本0.1.0发布于2004年10月4日。其将源代码以类BSD许可证的形式发布，因它的稳定性、丰富的功能集、示例配置文件和低系统

资源的消耗而闻名。2011年6月1日，nginx 1.0.4发布。

Nginx是一款轻量级的Web 服务器/反向代理服务器及电子邮件（IMAP/POP3）代理服务器，并在一个BSD-like 协议下发行。其特点是占有内存少，并发能力强，

事实上nginx的并发能力确实在同类型的网页服务器中表现较好 

2、nginx 的特点

Nginx 做为 HTTP 服务器，有以下几项基本特性：

? 处理静态文件，索引文件以及自动索引；打开文件描述符缓冲．

? 无缓存的反向代理加速，简单的负载均衡和容错．

? FastCGI，简单的负载均衡和容错．

? 模块化的结构。包括 gzipping, byte ranges, chunked responses,以及 SSI-filter 等 filter。如果由 FastCGI 或其它代理服务器处理单页中存在的多个 SSI，

 则这项处理可以并行运行，而不需要相互等待。

? 支持 SSL 和 TLSSNI．

 

3、nginx 工作原理

3.1 nginx架构：

nginx在启动后，在unix系统中会以daemon的方式在后台运行，后台进程包含一个master进程和多个worker进程。 
我们也可以手动地关掉后台模式，让nginx在前台运行，并且通过配置让nginx取消master进程，从而可以使nginx以单进程方式运行。 
生产环境下我们肯定不会这么做，所以关闭后台模式，一般是用来调试，nginx是以多进程的方式来工作的，当然nginx也是支持多线程的方式的， 
只是我们主流的方式还是多进程的方式，也是nginx的默认方式。nginx采用多进程的方式有诸多好处，nginx的进程模型可以由下图来表示： 

 

master与worker

nginx在启动后，会有一个master进程和多个worker进程。master进程主要用来管理worker进程， 
包含：接收来自外界的信号，向各worker进程发送信号，监控worker进程的运行状态，当worker进程退出后(异常情况下)，会自动重新启动新的worker进程。 
而基本的网络事件，则是放在worker进程中来处理了。多个worker进程之间是对等的，他们同等竞争来自客户端的请求，各进程互相之间是独立的。 
一个请求，只可能在一个worker进程中处理，一个worker进程，不可能处理其它进程的请求。worker进程的个数是可以设置的，一般我们会设置与机器cpu核数一致。

master与处理请求

那么我们该怎么操作ngnix呢？其实我们只需要通过与master进行通信（命令）就可以操作ngnix，master进程会接收来自外界发来的信号，再根据信号做不同的事情。 
比如kill -HUP pid，我们一般用这个信号来重启nginx，或重新加载配置，因为是从容地重启，因此服务是不中断的。首先master进程在接到信号后，会先重新加载配置文件，然后再启动新的worker进程，并向所有老的worker进程发送信号，告诉他们可以退出了。新的worker在启动后，就开始接收新的请求，而老的worker在收到来自master的信号后，就不再接收新的请求，并且在当前进程中的所有未处理完的请求处理完成后，再退出。 
当然，直接给master进程发送信号，这是比较老的操作方式，nginx在0.8版本之后，引入了一系列命令行参数，来方便我们管理。 
比如，./nginx -s reload，就是来重启nginx，./nginx -s stop，就是来停止nginx的运行。如何做到的呢？我们还是拿reload来说，我们看到，执行命令时，我们是启动一个新的nginx进程，而新的nginx进程在解析到reload参数后，就知道我们的目的是控制nginx来重新加载配置文件了，它会向master进程发送信号，然后接下来的动作，就和我们直接向master进程发送信号一样了。

worker与处理请求

前面有提到，worker进程之间是平等的，每个进程，处理请求的机会也是一样的。当我们提供80端口的http服务时，一个连接请求过来，每个进程都有可能处理这个连接。怎么做到的呢？ 
首先，每个worker进程都是从master进程fork过来，在master进程里面，先建立好需要listen的socket（listenfd）之后，然后再fork出多个worker进程。所有worker进程的listenfd会在新连接到来时变得可读。为保证只有一个进程处理该连接，所有worker进程在注册listenfd读事件前抢accept_mutex，抢到互斥锁的那个进程注册listenfd读事件，在读事件里调用accept接受该连接。 
当一个worker进程在accept这个连接之后，就开始读取请求，解析请求，处理请求，产生数据后，再返回给客户端，最后才断开连接，这样一个完整的请求就是这样的了

nginx进程模型的好处

首先，对于每个worker进程来说，独立的进程，不需要加锁，所以省掉了锁带来的开销，同时在编程以及问题查找时，也会方便很多。 
其次，采用独立的进程，可以让worker互相之间不会影响，一个worker退出后，其它worker还在工作，服务不会中断，master进程则很快启动新的worker进程。 
当然，worker进程的异常退出，肯定是程序有bug了，异常退出，会导致当前worker上的所有请求失败，不过不会影响到所有请求，所以降低了风险。 
好处是很多的，只能在使用中慢慢体会了。

nginx处理高并发（网络事件）

nginx如何处理高并发呢？按理说nginx采用多worker的方式来处理请求，每个worker里面只有一个主线程，那能够处理的并发数很有限啊，多少个worker就能处理多少个并发，何来高并发呢？ 
其实这就是nginx的高明之处，nginx采用了异步非阻塞的方式来处理请求，也就是说，nginx是可以同时处理成千上万个请求的。 
为什么nginx可以采用异步非阻塞的方式来处理呢，或者异步非阻塞到底是怎么回事呢？一个完整过程：请求过来，要建立连接，然后再接收数据，接收数据后，再发送数据，具体到系统底层，就是读写事件，而当读写事件没有准备好时，必然不可操作，如果不用非阻塞的方式来调用，那就得阻塞调用了，事件没有准备好，那就只能等了，等事件准备好了，你再继续吧。阻塞调用会进入内核等待，cpu就会让出去给别人用了，对单线程的worker来说，显然不合适，当网络事件越多时，大家都在等待呢，cpu空闲下来没人用，cpu利用率自然上不去了，更别谈高并发了。

4、配置文件介绍
[[email protected] nginx]# grep -Ev "^$|#" nginx.conf.default 
worker_processes  1;  #work 进程的数量
events {              #事件区块开始
    worker_connections  1024; #每个worker 进程支持的最大连接数
}
http {                        #http 区块开始
    include       mime.types;  #nginx 支持的媒体类型库文件
    default_type  application/octet-stream;  #默认的媒体类型
    sendfile        on; #开启高速传输模式
    keepalive_timeout  65; #连接超时
    server {               #第一个server 区
        listen       80;    #提供服务的端口，默认是80 端口
        server_name  localhost; #提供服务的域名主机名
        location / {
            root   html;   #站点的根目录
            index  index.html index.htm; #默认的首页文件，多个用空格分开
        }
        error_page   500 502 503 504  /50x.html; #出现对应的http 状态码，使用50x.html 回应客户
        location = /50x.html {  #访问50x.html 
            root   html; #指定对应的站点目录为html
        }
    }
}

5、配置虚拟主机
5.1 基于多域名配置虚拟主机
[[email protected] html]# cat /etc/nginx/nginx.conf
user root; 
error_log /var/log/nginx/error.log;
worker_processes  1;
events {
    worker_connections  1024;
}
http {
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;
    sendfile        on;
    keepalive_timeout  65;
    server {
        listen       80;
        server_name  aaa.gd.com;
        location / {
            root   /root/aaa;
            index  index.html index.htm;
       }
        error_page   500 502 503 504  /50x.html;
        location = /50x.html {
            root   html;
        }
    }
    server {
        listen       80;
        server_name  bbb.gd.com;
        location / {
            root   /root/bbb;
            index  index.html index.htm;
        }
        error_page   500 502 503 504  /50x.html;
        location = /50x.html {
            root   html;
        }
    }

}
[[email protected] html]# /etc/init.d/nginx restart
[[email protected] html]# cat /root/aaa/index.html 
aaa
[[email protected] html]# cat /root/bbb/index.html 
Bbb

#访问
[[email protected] ~]# curl aaa.gd.com
aaa
[[email protected] ~]# curl bbb.gd.com
bbb

5.2 基于多端口配置虚拟主机
[[email protected] html]# cat /etc/nginx/nginx.conf
user root;
error_log /var/log/nginx/error.log;
worker_processes  1;
events {
    worker_connections  1024;
}
http {
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;
    sendfile        on;
    keepalive_timeout  65;
    server {
        listen       80;
        server_name  aaa.gd.com;
        location / {
            root   /root/aaa;
            index  index.html index.htm;
       }
        error_page   500 502 503 504  /50x.html;
        location = /50x.html {
            root   html;
        }
    }
    server {
        listen       81;
        server_name  bbb.gd.com;
        location / {
            root   /root/bbb;
            index  index.html index.htm;
        }
        error_page   500 502 503 504  /50x.html;
        location = /50x.html {
            root   html;
        }
    }

}
[[email protected] ~]# curl aaa.gd.com
aaa
[[email protected] ~]# curl bbb.gd.com:81
Bbb

6.nginx 状态信息功能实战
[[email protected] html]# cat /etc/nginx/nginx.conf
http {
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;
    sendfile        on;
    keepalive_timeout  65;
    server {
        listen       80;
        server_name  aaa.gd.com;
        location / {
            root   /root/aaa;
            stub_status on; #开启状态信息
            index  index.html index.htm;
       }
[[email protected] ~]# curl aaa.gd.com
Active connections: 1 
server accepts handled requests
 6 6 6 
Reading: 0 Writing: 1 Waiting: 0
# Active connections: 1 （正处理的活动连接数有1个）
Server 表示nginx 启动到现在共处理了6个连接
Accepts 成功创建了多少次握手
Handled requests 表示总共处理了多少次请求
#这些信息不能给用户看到，可以通过其他测试工具获取

7、配置错误日志
[[email protected] html]# cat /etc/nginx/nginx.conf
user root;
error_log /var/log/nginx/error.log;
[[email protected] ~]# head -n5 /var/log/nginx/error.log 
2018/08/26 23:43:45 [error] 2540#0: *1 "/root/aaa/index.html" is forbidden (13: Permission denied), 
client: 192.168.1.232, server: aaa.gd.com, request: "GET / HTTP/1.1", host: "aaa.gd.com"

# 日志级别warn/error/crit 默认使用error

8、access.log访问日志分析
[[email protected] ~]# cat /var/log/nginx/access.log |head -n2
192.168.1.232 - - [26/Aug/2018:23:43:45 +0800] "GET / HTTP/1.1" 403 169 "-" "curl/7.19.7 (x86_64-redhat-linux-gnu) 
libcurl/7.19.7 NSS/3.14.0.0 zlib/1.2.3 libidn/1.18 libssh2/1.4.2"
#192.168.1.232 客户端的ip
 403 表示状态码
 169 响应的大小

#可以在日志中加入buffer和flush 参数，提高访问性能

9、访问日志轮询切割
[[email protected] ~]# cat log.sh 
#!/bin/bash
DATE=`date +%F`
BASEDIR="/var/log/nginx/"
LOGNAME="access"
cd $BASEDIR
/bin/mv ${LOGNAME}.log ${LOGNAME}_${DATE}.log
/etc/init.d/nginx -s reload
[[email protected] ~]# crontab -l
0 0 * * * /bin/sh /root/log.sh >/dev/null 2>&1