Nginx原理及其使用

运维实习生 2021-11-30

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一、Nginx基本概念

1、什么是nginx

- Nginx 是一个高性能的Web服务器和反向代理服务器，也可作为邮件代理服务器；

- Nginx由俄罗斯人Igor Sysoev 采用C语言开发编写，第一个版本公布于2004年10月4日；

- Nginx特点占有内存少，并发能力强，以高性能，低消耗闻名，Nginx官方测试为5万并发请求；

2、什么是反向代理

2.1什么是正向代理

正向代理，是在用户端的。比如需要访问某些国外网站，我们可能需要购买vpn。

并且vpn是在我们的用户浏览器端设置的,浏览器先访问vpn地址，vpn地址转发请求，并最后将请求结果原路返回来。

2.2什么是反向代理

反向代理，其实客户端对代理是无感知的，因为客户端不需要任何配置就可以访问，我们只需要将请求发送到反向代理服务器，由反向代理服务器去选择目标服务器获取数据后，在返回给客户端，此时反向代理服务器和目标服务器对外就是一个服务器，暴露的是代理服务器地址，隐藏了真实服务器 IP 地址。

3、什么是负载均衡

负载均衡（Load Balance），意思是将负载（工作任务，访问请求）进行平衡、分摊到多个操作单元（服务器，组件）上进行执行。是解决高性能，单点故障（高可用），扩展性（水平伸缩）的终极解决方案。

4、什么是动静分离

在Web开发中，通常来说，动态资源其实就是指那些后台资源，而静态资源就是指HTML，JavaScript，CSS，img等文件。

一般来说，都需要将动态资源和静态资源分开，将静态资源部署在Nginx上，当一个请求来的时候，如果是静态资源的请求，就直接到nginx配置的静态资源目录下面获取资源，如果是动态资源的请求，nginx利用反向代理的原理，把请求转发给后台应用去处理，从而实现动静分离。

在使用前后端分离之后，可以很大程度的提升静态资源的访问速度，同时在开过程中也可以让前后端开发并行可以有效的提高开发时间，也可以有些的减少联调时间。

二、Nginx基本使用

1、nginx安装

1.1安装nginx依赖包

[root@server ~] yum -y install make zlibzlib-devel gcc-c++ libtool openssl openssl-devel pcre
 
gcc编译器     gcc
openssl库     openssl,openssl-devel
pcre库           pcre,pcre-devel
zlib库             zlib,zlb-devel

1.2安装nginx

[root@server ~] cd /usr/local/
[root@server local] ls
bin games    lib    libexec              sbin   src
etc include  lib64  nginx-1.16.1.tar.gz  share
[root@server local] tar -zxvfnginx-1.16.1.tar.gz
[root@server local] cd nginx-1.16.1
[root@server nginx-1.16.1] ./configure--prefix=/usr/local/nginx
[root@server nginx-1.16.1] make &&make install

1、解压nginx*.tar.gz

2、切换到nginx主目录

3、执行配置命令 ./configure--prefix=/usr/local/nginx (--prefix是指定安装路径）

4、执行命令进行编译

5、执行命令进行安装

1.3启动nginx

[root@server nginx-1.16.1] cd/usr/local/nginx/sbin/
[root@server sbin] ./nginx

1、普通启动

切换到nginx安装目录的sbin目录，执行./nginx

2、通过配置文件启动

./nginx -c /usr/local/nginx/conf/nginx.conf

1.4检查

[root@server sbin] ps -ef | grep nginx
root     17806      1  0 00:24 ?        00:00:00 nginx: master process ./nginx
nobody   17807  17806  0 00:24 ?        00:00:00 nginx: worker process
root     17809   9820  0 00:25 pts/0    00:00:00 grep --color=auto nginx
[root@server sbin] netstat -ntulp | grep 80
tcp       0      0 0.0.0.0:80              0.0.0.0:*               LISTEN      17806/nginx: master
[root@server sbin] ./nginx -c/usr/local/nginx/conf/nginx.conf -t
nginx: the configuration file/usr/local/nginx/conf/nginx.conf syntax is ok
nginx: configuration file/usr/local/nginx/conf/nginx.conf test is successful

1、通过进程检查

master进程用于读取配置文件，并且维护管理worker进程

worker进程对请求进行处理

2、通过查看端口

3、检查配置文件

./nginx -c /usr/local/nginx/conf/nginx.conf-t

2、nginx常用命令

杀死进程
kill -QUIT 主pid 
kill -TERM 主pid
命令关闭
./nginx -s stop
重启
./nginx -s reload
帮助
 -?,-h              : this help
 -v                   : showversion and exit
 -V                  : show versionand configure options then exit
 -t                   : testconfiguration and exit
 -T                  : testconfiguration, dump it and exit
 -q                  : suppressnon-error messages during configuration testing
  -ssignal        : send signal to a masterprocess: stop, quit, reopen, reload
  -pprefix        : set prefix path (default:/usr/local/nginx/)
  -cfilename    : set configuration file(default: conf/nginx.conf)
  -gdirectives  : set global directives outof configuration file

3、nginx配置文件

配置文件路径: [nginx安装路径]/conf/nginx.conf

比如这次环境的路径在/usr/local/nginx/conf/nginx.conf

配置文件内容为

worker_processes  1;
 
events {
   worker_connections  1024;
}
 
http {
   include       mime.types;
   default_type application/octet-stream;
 
   sendfile        on;
 
   server {
       listen       80;
       server_name  localhost;
 
       location / {
           root   html;
           index  index.html index.htm;
       }
 
       error_page   500 502 503 504  /50x.html;
       location = /50x.html {
           root   html;
       }
    }
}

3.1worker配置

从配置文件开始到 events 块之间的内容，主要会设置一些影响 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;

worker_processes 设置nginx可以并发处理进程的大小

3.2events配置

events 块涉及的指令主要影响 Nginx 服务器与用户的网络连接，常用的设置包括是否开启对多 work process下的网络连接进行序列化，是否允许同时接收多个网络连接，选取哪种事件驱动模型来处理连接请求，每个 word process 可以同时支持的最大连接数等。

events {
   worker_connections  1024;
}

worker_connections 设置nginxworker（进程）支持的最大连接数

3.3httpd配置

http {
   include       mime.types;
   default_type application/octet-stream;
 
   sendfile        on;
 
   server {
       listen       80;
       server_name  localhost;
 
       location / {
           root   html;
           index  index.html index.htm;
       }
 
       error_page   500 502 503 504  /50x.html;
       location = /50x.html {
           root   html;
       }
    }
}

这算是 Nginx 服务器配置中最频繁的部分，代理、缓存和日志定义等绝大多数功能和第三方模块的配置都在这里。

需要注意的是： 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 定义、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关系，虚拟主机从用户角度看，和一台独立的硬件主机是完全一样的，该技术的产生是为了节省互联网服务器硬件成本。

每个 http 块可以包括多个 server 块，而每个 server 块就相当于一个虚拟主机。

而每个 server 块也分为全局 server 块，以及可以同时包含多个 locaton 块。

1、全局 server 块

最常见的配置是本虚拟机主机的监听配置和本虚拟主机的名称或 IP 配置。

2、 location 块

一个 server 块可以配置多个location 块

这块的主要作用是基于Nginx 服务器接收到的请求字符串（例如 server_name/uri-string），对虚拟主机名称（也可以是 IP 别名）之外的字符串（例如前面的/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。

location 指令说明

该指令用于匹配 URL。语法如下：

= ：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 uri 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

注意：如果 uri 包含正则表达式，则必须要有~ 或者 ~* 标识。

三、Nginx反向代理配置

1、反向代理配置实例1

实验环境 192.168.1.41

启动一个tomcat 端口为8080

nginx使用默认端口80

访问 http://192.168.1.41反向代理到 http://192.168.1.41:8080

1启动一个tomcat端口8080

[root@server ~] yum -y install java
[root@server local] ls/usr/local/apache-tomcat-7.0.96.tar.gz
/usr/local/apache-tomcat-7.0.96.tar.gz
[root@server local] tar -zxvfapache-tomcat-7.0.96.tar.gz
[root@server local] cd apache-tomcat-7.0.96
[root@server apache-tomcat-7.0.96]./bin/startup.sh
[root@server apache-tomcat-7.0.96] netstat-ntulp | grep 8080
tcp6      0      0 :::8080                 :::*                    LISTEN      9851/java

2配置nginx.conf

[root@server nginx] vim conf/nginx.conf
   server {
       listen       80;
       server_name  192.168.1.41;
 
       location / {
           proxy_pass http://192.168.1.41:8080;
           index  index.html index.htm;
       }
    }
[root@server nginx] ./sbin/nginx

3验证

2、反向代理配置实例2

实验环境 192.168.1.41

启动两个tomcat 端口为8081，8082

nginx使用端口32880

访问 http://192.168.1.41:32880/test1/ 反向代理到http://192.168.1.41:8081/test1

访问 http://192.168.1.41:32880/test2 反向代理到http://192.168.1.41:8082/test2

1启动两个tomcat 端口为8081，8082

[root@server local] cd /usr/local/
[root@server local] cp -rvf apache-tomcat-7.0.96tomcat1
[root@server local] cp -rvfapache-tomcat-7.0.96 tomcat2
[root@server local] cd tomcat1
[root@server tomcat1] vim conf/server.xml
<Server port="8006"shutdown="SHUTDOWN"
 <Connector port="8081"protocol="HTTP/1.1"
              connectionTimeout="20000"
               redirectPort="8443" /
[root@server tomcat1] mkdir webapps/test1
[root@server tomcat1] echo test1  webapps/test1/index.html
[root@server tomcat1] ./bin/startup.sh
Tomcat started.
[root@server tomcat1] cd ../tomcat2
[root@server tomcat2] vim conf/server.xml
<Server port="8007"shutdown="SHUTDOWN"
 <Connector port="8082"protocol="HTTP/1.1"
              connectionTimeout="20000"
               redirectPort="8443" /
[root@server tomcat2] mkdir webapps/test2
[root@server tomcat2] echo test2  webapps/test2/index.html
[root@server tomcat2] ./bin/startup.sh
Tomcat started.
[root@server tomcat2] netstat -ntulp | grep808
tcp6      0      0 :::8081                 :::*                    LISTEN      10072/java         
tcp6      0      0 :::8082                 :::*                    LISTEN      10136/java

2配置nginx.conf

[root@server tomcat2] vim/usr/local/nginx/conf/nginx.conf
   server {
       listen       32880;
       server_name  192.168.1.41;
   
       location /test1 {
           proxy_pass http://192.168.1.41:8081;
       }
       location /test2 {
           proxy_pass http://192.168.1.41:8082;
       }
    }
[root@server tomcat2] /usr/local/nginx/sbin/nginx-s reload

3验证

3、反向代理配置实例3

实验环境192.168.1.41 192.168.1.42

在192.168.1.42启动一个httpd 端口为80

nginx使用端口32881

访问http://192.168.1.41:32881反向代理到http://192.168.1.42:80

1在192.168.1.42启动一个httpd 端口为80

[root@localhost ~] yum -y install httpd
[root@localhost ~] systemctl start httpd

2配置nginx.conf

[root@server ~] vim/usr/local/nginx/conf/nginx.conf
   server {
       listen       32881;
       server_name  192.168.1.41;
   
       location / {
           proxy_pass http://192.168.1.42:80;
           index  index.html index.htm;
       }
    }
[root@server ~] /usr/local/nginx/sbin/nginx-s reload

3验证

四、Nginx负载均衡配置

1、负载均衡配置实例1

实验环境 192.168.1.41

启动两个tomcat 端口为8083 8085

nginx端口使用32882

访问http://192.168.1.41:32882负载均衡到http://192.168.1.41:8083和http://192.168.1.41:8085

1启动一个tomcat端口8080

[root@server local] cd /usr/local/
[root@server local] cp -rvfapache-tomcat-7.0.96 tomcat3
[root@server local] cp -rvfapache-tomcat-7.0.96 tomcat5
[root@server local] cd tomcat3
[root@server tomcat13 vim conf/server.xml
<Server port="8008"shutdown="SHUTDOWN"
 <Connector port="8083"protocol="HTTP/1.1"
              connectionTimeout="20000"
               redirectPort="8443" /
[root@server tomcat3] ./bin/startup.sh
Tomcat started.
[root@server tomcat5] cd ../tomcat4
[root@server tomcat5] vim conf/server.xml
<Server port="8010"shutdown="SHUTDOWN"
 <Connector port="8085"protocol="HTTP/1.1"
              connectionTimeout="20000"
               redirectPort="8443" /
[root@server tomcat5] ./bin/startup.sh
Tomcat started.
[root@server tomcat5] netstat -ntulp | grep808
tcp6      0      0 :::8083                 :::*                    LISTEN      10072/java         
tcp6      0      0 :::8085                 :::*                    LISTEN      10136/java

2配置nginx.conf

[root@server ~] vim/usr/local/nginx/conf/nginx.conf
   upstream myserver1{
       ip_hash;
       server 192.168.1.41:8083 weight=1;
       server 192.168.1.41:8085 weight=1;
    }
   server{
       listen       32882;
       server_name  192.168.1.41;
 
       location / {
       proxy_pass http://myserver1;
       }
    }
[root@server ~] /usr/local/nginx/sbin/nginx-s reload

3验证

这样看不出效果，因为两个tomcat都长得一样，如果想要有更直观得效果，可以给两个tomcat编写不同得代码。

2、负载均衡配置实例2

实验环境 192.168.1.41 192.168.1.42 192.168.1.43

在192.168.1.42启动一个httpd，在192.168.1.43启动一个httpd

nginx端口使用32883

访问http://192.168.1.41:32883负载均衡到http://192.168.1.42和http://192.168.1.43

1在192.168.1.42启动一个httpd，在192.168.1.43启动一个httpd

[root@client1 ~] yum -y install httpd
[root@client1 ~] systemctl start httpd
[root@client2 ~] yum -y install httpd
[root@client2 ~] systemctl start httpd

2配置nginx.conf

 upstream myserver2{
       server 192.168.1.42:80 weight=1;
       server 192.168.1.43:80 weight=1;
    }
   server{
       listen       32883;
       server_name  192.168.1.41;
 
       location / {
       proxy_pass http://myserver2;
       }
    }
[root@server ~] /usr/local/nginx/sbin/nginx-s reload

3验证

这样看不出效果，因为两个http都长得一样，如果想要有更直观得效果，可以给两个http编写不同得代码。

3、负载均衡策略

1、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。

2、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。

3、ip_hash

每个请求按访问 ip 的 hash 结果分配，这样每个访客固定访问一个后端服务器，可以解决session 的问题。例如：

4、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。

五、Nginx动静分离配置

实验环境 192.168.1.41 192.168.1.42

在192.168.1.42启动一个tomcat，默认端口8080，模拟动态资源

在192.168.1.42启动一个httpd，默认端口80，放置一些图片模拟静态资源

nginx端口使用32884

访问http://192.168.1.41:32884直接跳转192.168.1.42:8080访问动态资源

访问http://192.168.1.41:32884/image直接跳转192.168.1.42/image访问静态资源

1在192.168.1.42启动一个tomcat，默认端口8080，模拟动态资源

在192.168.1.42启动一个httpd，默认端口80，放置一些图片模拟静态资源

[root@client1 local] ls/usr/local/apache-tomcat-7.0.96.tar.gz
/usr/local/apache-tomcat-7.0.96.tar.gz
[root@client1 local] tar -zxvfapache-tomcat-7.0.96.tar.gz
[root@client1 local] cdapache-tomcat-7.0.96
[root@client1 apache-tomcat-7.0.96]./bin/startup.sh
Tomcat started.
[root@client1 apache-tomcat-7.0.96] netstat-ntulp | grep 8080
tcp6      0      0 :::8080                 :::*                    LISTEN      43444/java 
[root@client1 apache-tomcat-7.0.96] cd/var/www/html/
[root@client1 html] mkdir image
[root@client1 html] ls image/
60ce3e23bbebfdf3a58c54705030e6f9cbcca934.jpg
Autumn_in_Kanas_by_Wang_Jinyu.jpg
Balloon_by_Matt_Benson.jpg
Beach_by_Samuel_Scrimshaw.jpg
beijing.jpg
desktop.jpg
f0df38ae0d5d668e448d12640810ee2065a6df64.jpg

2配置nginx.conf

   server {
       listen       32884;
       server_name  192.168.1.41;
 
       location / {
           proxy_pass http://192.168.1.42:8080;
           index  index.html index.htm;
       }
       location /image {
           proxy_pass http://192.168.1.42:80;
           index  index.html index.htm;
       }
[root@server ~] /usr/local/nginx/sbin/nginx-s reload

3验证

六、Nginx高可用配置

实验环境192.168.1.41 192.168.1.42

1在两个节点运行nginx和keepalived，nginx参照安装nginx和运行nginx

[root@server ~] yum -y install keepalived
[root@client1 ~] yum -y install keepalived

2配置master节点

[root@master ~] cp/etc/keepalived/keepalived.conf /etc/keepalived/keepalived.conf.bak
[root@server ~] vim /etc/keepalived/keepalived.conf
vrrp_script chk_http_port {
 
       script "/usr/local/src/nginx_check.sh"
       interval 2
       weight 2
}
vrrp_instance VI_1 {
       state MASTER
       interface ens33
       virtual_router_id 51
       priority 100
       advert_int 1
       authentication {
                auth_type PASS
                auth_pass 1111
       }
       track_script {
       chk_http_port
       }
       virtual_ipaddress {
                192.168.1.5
       }
[root@client1 ~] vim/usr/local/src/nginx_check.sh
!/bin/bash
A=`ps -C nginx --no-header |wc -l`
if [ $A -eq 0 ];then
     systemctl start nginx
     if [ `ps -C nginx --no-header |wc -l` -eq 0 ];then
              killall keepalived
     fi
fi
[root@client1 ~] systemctl start keepalived

3配置backup节点

[root@client1 ~] cp/etc/keepalived/keepalived.conf /etc/keepalived/keepalived.conf.bak
[root@client1 ~] vim/etc/keepalived/keepalived.conf
vrrp_script chk_http_port {
 
       script "/usr/local/src/nginx_check.sh"
       interval 2
       weight 2
}
vrrp_instance VI_1 {
       state BACKUP
       interface ens33
       virtual_router_id 51
       priority 99
       advert_int 1
       authentication {
                auth_type PASS
                auth_pass 1111
       }
       track_script {
       chk_http_port
       }
       virtual_ipaddress {
                192.168.1.5
       }
[root@client1 ~] vim/usr/local/src/nginx_check.sh
!/bin/bash
A=`ps -C nginx --no-header |wc -l`
if [ $A -eq 0 ];then
     systemctl start nginx
     if [ `ps -C nginx --no-header |wc -l` -eq 0 ];then
              killall keepalived
     fi
fi
[root@client1 ~] systemctl start keepalived

4验证

七、Nginx原理

master-workers 的机制的好处

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，可以让互相之间不会影响，一个进程退出后，其它进程还在工作，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

需要设置多少个 worker

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，但每个进程里只有一个主线程，通过异步非阻塞的方式来处理请求，即使是千上万个请求也不在话下。每个 worker 的线程可以把一个 cpu 的性能发挥到极致。所以 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。

设置 worker 数量

worker_processes 4

work 绑定 cpu(4 work 绑定 4cpu)。

worker_cpu_affinity 0001 0010 0100 1000

work 绑定 cpu (4 work 绑定 8cpu 中的 4 个) 。

worker_cpu_affinity 0000001 0000001000000100 00001000

连接数 worker_connection

这个值是表示每个 worker 进程所能建立连接的最大值，所以，一个 nginx 能建立的最大连接数，应该是 worker_connections * worker_processes。当然，这里说的是最大连接数，对于HTTP请求本地资源来说，能够支持的最大并发数量是 worker_connections* worker_processes，如果是支持 http1.1 的浏览器每次访问要占两个连接，所以普通的静态访问最大并发数是： worker_connections * worker_processes /2，而如果是 HTTP 作为反向代理来说，最大并发数量应该是worker_connections * worker_processes/4。因为作为反向代理服务器，每个并发会建立与客户端的连接和与后端服务的连接，会占用两个连接。

数据库

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Nginx原理及其使用

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