从原理到实战，彻底搞懂Nginx（高级篇）

臧小晶
74,673 阅读8分钟

后端程序猿一枚，蓝湖内推（北京尽微致广信息技术有限公司 ），前后端测开大量HC，坐标北京
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配置实例

  接 从原理到实战，彻底搞懂Nginx，本文为 Nginx 实操高级篇。通过配置 Nginx 配置文件，实现正向代理、反向代理、负载均衡、Nginx 缓存、动静分离和高可用 Nginx 6种功能，并对 Nginx 的原理作进一步的解析。当需要使用 Nginx 配置文件时，参考本文实例即可，建议收藏。

1. 正向代理

  正向代理的代理对象是客户端。正向代理就是代理服务器替客户端去访问目标服务器。

1.1 实战一

实现效果：
在浏览器输入 www.google.com , 浏览器跳转到www.google.com 。
具体配置：

server{
    resolver 8.8.8.8;
    listen 80;

    location / {
        proxy_pass http://$http_host$request_uri;
    }
}

在需要访问外网的客户端上执行以下一种操作即可：

1. 方法1（推荐）
export http_proxy=http://你的正向代理服务器地址：代理端口   

2. 方法2
vim ~/.bashrc
export http_proxy=http://你的正向代理服务器地址：代理端口

2. 反向代理

  反向代理指代理后端服务器响应客户端请求的一个中介服务器，代理的对象是服务端。

2.1 实战一

实现效果：
在浏览器输入 www.abc.com , 从 nginx 服务器跳转到 linux 系统 tomcat 主页面。
具体配置：

    server {
        listen       80;   
        server_name  192.168.4.32;   #监听地址
   
        location  / {       
           root html;  #/html目录
           proxy_pass http://127.0.0.1:8080;  #请求转向
           index  index.html index.htm;      #设置默认页       
        } 
    }

2.2 实战二

实现效果：
根据在浏览器输入的路径不同，跳转到不同端口的服务中。
具体配置：

    server {
        listen       9000;   
        server_name  192.168.4.32;   #监听地址       
        
        location  ~ /example1/ {  
           proxy_pass http://127.0.0.1:5000;         
        } 

        location  ~ /example2/ {  
           proxy_pass http://127.0.0.1:8080;         
        } 
    }

location 指令说明：

  • ~ : 表示uri包含正则表达式，且区分大小写。
  • ~* : 表示uri包含正则表达式，且不区分大小写。
  • = : 表示uri不含正则表达式，要求严格匹配。

3 负载均衡

3.1 实战一

实现效果：
在浏览器地址栏输入 http://192.168.4.32/example/a.html ，平均到 5000 和 8080 端口中，实现负载均衡效果。
具体配置：

    upstream myserver {   
      server 192.167.4.32:5000;
      server 192.168.4.32:8080;
    }
    

    server {
        listen       80;   #监听端口
        server_name  192.168.4.32;   #监听地址
   
        location  / {       
           root html;  #html目录
           index index.html index.htm;  #设置默认页
           proxy_pass  http://myserver;  #请求转向 myserver 定义的服务器列表      
        } 
    }

nginx 分配服务器策略

  • 轮询（默认）
    按请求的时间顺序依次逐一分配，如果服务器down掉，能自动剔除。

  • 权重
    weight 越高，被分配的客户端越多，默认为 1。比如：

          upstream myserver {   
        server 192.167.4.32:5000 weight=10;
        server 192.168.4.32:8080 weight=5;
      }

  • ip
    按请求 ip 的 hash 值分配，每个访客固定访问一个后端服务器。比如：

          upstream myserver { 
        ip_hash;  
        server 192.167.4.32:5000;
        server 192.168.4.32:8080;
      }

  • fair
    按后端服务器的响应时间来分配，响应时间短的优先分配到请求。比如：

          upstream myserver { 
        fair;  
        server 192.168.4.32:5000;
        server 192.168.4.32:8080;
      }

4. Nginx 缓存

4.1 实战一

实现效果：
在3天内，通过浏览器地址栏访问 http://192.168.4.32/a.jpg ，不会从服务器抓取资源，3天后（过期）则从服务器重新下载。
具体配置：

# http 区域下添加缓存区配置
proxy_cache_path /tmp/nginx_proxy_cache levels=1 keys_zone=cache_one:512m inactive=60s max_size=1000m;

# server 区域下添加缓存配置
location ~ \.(gif|jpg|png|htm|html|css|js)(.*) {
     proxy_pass http://192.168.4.32:5000；#如果没有缓存则转向请求
     proxy_redirect off;
     proxy_cache cache_one;
     proxy_cache_valid 200 1h;            #对不同的 HTTP 状态码设置不同的缓存时间
     proxy_cache_valid 500 1d;
     proxy_cache_valid any 1m;
     expires 3d;
}

expires 是给一个资源设定一个过期时间，通过 expires 参数设置，可以使浏览器缓存过期时间之前的内容，减少与服务器之间的请求和流量。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。

5. 动静分离

5.1 实战一

实现效果：
通过浏览器地址栏访问 www.abc.com/a.html ，访问静态资源服务器的静态资源内容。通过浏览器地址栏访问 www.abc.com/a.jsp ，访问动态资源服务器的动态资源内容。
具体配置：

upstream static {   
    server 192.167.4.31:80;
}

upstream dynamic {   
    server 192.167.4.32:8080;
}

server {
    listen       80;   #监听端口
    server_name  www.abc.com; 监听地址

    # 拦截动态资源
    location ~ .*\.(php|jsp)$ {
       proxy_pass http://dynamic;
    }
   
    # 拦截静态资源
    location ~ .*\.(jpg|png|htm|html|css|js)$ {       
       root /data/;  #html目录
       proxy_pass http://static;
       autoindex on;;  #自动打开文件列表
    }  
}

6. 高可用

  一般情况下，通过 nginx 主服务器访问后台目标服务集群，当主服务器挂掉后，自动切换至备份服务器，此时由备份服务器充当主服务器的角色，访问后端目标服务器。

6.1 实战一

实现效果：
准备两台 nginx 服务器，通过浏览器地址栏访问虚拟 ip 地址，把主服务器的 nginx 停止，再次访问虚拟 ip 地址仍旧有效。
具体配置：
（1）在两台 nginx 服务器上安 keepalived。
keepalived 相当于一个路由，它通过一个脚本来检测当前服务器是否还活着，如果还活着则继续访问，否则就切换到另一台备份服务器。

# 安装 keepalived
yum install keepalived -y

# 检查版本
rpm -q -a keepalived
keepalived-1.3.5-16.el7.x86_64

（2）修改主备服务器 /etc/keepalived/keepalivec.conf 配置文件（可直接替换），完成高可用主从配置。
keepalived 将 nginx 服务器绑定到一个虚拟 ip ， nginx 高可用集群对外统一暴露这个虚拟 ip，客户端都是通过访问这个虚拟 ip 来访问 nginx 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 192.168.4.32
    smtp_connect_timeout 30
    router_id LVS_DEVEL  # 在 /etc/hosts 文件中配置，通过它能访问到我们的主机
}

vrrp_script_chk_http_port {   
    script "/usr/local/src/nginx_check.sh"

    interval 2      # 检测脚本执行的时间间隔

    weight 2        # 权重每次加2
}

vrrp_instance VI_1 {
    interface ens7f0 # 网卡，需根据情况修改
    state MASTER    # 备份服务器上将 MASTER 改为 BACKUP
    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，备份机值较小
    advert_int 1  # 每隔多长时间（默认1s）发送一次心跳，检测服务器是否还活着
    authentication {
      auth_type PASS
      auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.1.100 # VRRP H 虚拟地址，可以绑定多个
    }
}

字段说明

  • router_id： 在 /etc/hosts 文件中配置，通过它能访问到我们的主机。

      127.0.0.1   localhost localhost.localdomain localhost4 localhost4.localdomain4
  ::1         localhost localhost.localdomain localhost6 localhost6.localdomain6
  127.0.0.1   LVS_DEVEL

  • interval： 设置脚本执行的间隔时间

  • weight： 当脚本执行失败即 keepalived 或 nginx 挂掉时，权重增加的值（可为负数）。

  • interface： 输入 ifconfig 命令查看当前的网卡名是什么。

      ens7f0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
          inet 192.168.4.32  netmask 255.255.252.0  broadcast 192.168.7.255
          inet6 fe80::e273:9c3c:e675:7c60  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
          ... ...

（3）在 /usr/local/src 目录下添加检测脚本 nginx_check.sh。

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

（4）启动两台服务器的 nginx 和 keepalived。

# 启动 nginx
./nginx

# 启动 keepalived
systemctl start keepalived.service

（5）查看虚拟 ip 地址 ip a 。把主服务器 192.168.4.32 nginx 和 keepalived停止，再访问虚拟 ip 查看高可用效果。

6. 原理解析

  Nginx 启动之后，在 Linux 系统中有两个进程，一个为 master，一个为 worker。master 作为管理员不参与任何工作，只负责给多个 worker 分配不同的任务（worker 一般有多个）。

ps -ef |grep nginx
root     20473     1  0  2019 ?        00:00:00 nginx: master process /usr/sbin/nginx
nginx     4628 20473  0 Jan06 ?        00:00:00 nginx: worker process
nginx     4629 20473  0 Jan06 ?        00:00:00 nginx: worker process

worker 是如何工作的？
客户端发送一个请求首先要经过 master，管理员收到请求后会将请求通知给 worker，多个 worker 以争抢的机制来抢夺任务，得到任务的 worker 会将请求经由 tomcat 等做请求转发、反向代理、访问数据库等（nginx 本身是不直接支持 java 的）。

一个 master 和多个 worker 的好处？

  • 可以使用 nginx -s reload 进行热部署。
  • 每个 worker 是独立的进程，如果其中一个 worker 出现问题，其它 worker 是独立运行的，会继续争抢任务，实现客户端的请求过程，而不会造成服务中断。

设置多少个 worker 合适？
Nginx 和 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，通过异步非阻塞的方式来处理请求，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。

思考：
（1）发送一个请求，会占用 worker 几个连接数？
（2）有一个 master 和 4个 worker，每个 worker 支持的最大连接数为 1024，该系统支持的最大并发数是多少？

  恭喜！目前为止你已经掌握了 Nginx 6种功能的配置方式，并和我一起进一步探讨了 Nginx 的原理。最后两个面试中可能会问到的思考题，欢迎大家评论区积极讨论。如果本文对你有所帮助，点赞互相鼓励一下吧~

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