前端了解 这些 Nginx 基础操作就够了

官方文档

• 应用场景

  • 静态资源服务器：通过本地文件系统提供服务
  • 反向代理服务器：Nginx 强大的性能，缓存，负载均衡
  • API 接口服务：OpenResty

• 优势

  • 高并发，高性能
  • 可扩展性好
  • 高可靠性
  • 热部署
  • 开源 BSD 许可证

Nginx 架构

Nginx 采用多进程（单线程）和多路 IO 复用模型

• 轻量

  • 源代码只含核心模块
  • 其他非核心功能都是通过模块实现，可以自由选择

• 组成

  • Nginx 二进制可执行文件
  • Nginx.conf 配置文件
  • access.log 访问日志
  • error.log 错误日志

• 版本

  • nginx.org 开源
  • nginx.com 商业
  • openresty.org 开源
  • openresty.com 商业

工作流程

1. Nginx 启动后会有一个 master 进程和多个相互独立的 worker 进程
2. 接收来自外界的信号，向 worker 进程发送信号，每个进程都有可能来处理这个连接
3. master 进程能监控 worker 进程的运行状态，当 worker 进程退出后（异常情况），会自动启动新的 worker 进程

• worker 进程数，一般会设置为机器的 CPU 核数，因为更多的 Worker 数，只会导致进程相互竞争 CPU，从而带来不必要的上下文切换
• 使用多进程模式，不仅能提高并发率，而且进程之间相互独立，一个 worker 进程挂了不会影响其他进程
• 请求处理流程

Nginx 进程管理及通信

• 基础同步工具

  • 信号

  • 共享内存（跨 worker 进程通讯）

    • Ngx_http_lua_api
    • rbtree
    • 单链表

• 高级通信方式

  • 锁

  • Slab 内存管理器（Bestfit）

    • 最多两倍内存消耗
    • 适合小对象
    • 避免碎片化
    • 避免重复初始化

• Master 进程

  • 监控 worker 进程 CHLD
  • 管理 worker 进程

  • 接收信号

    • TERM,INT
    • QUIT
    • HUP
    • USR2
    • WINCH

• Worker 进程
  接收信号

  • TERM,INT
  • QUIT
  • USR1
  • WINCH

• Nginx 命令行

  • reload: HUP
  • reopen: USR1
  • stop: TERM
  • quit: QUIT

Nginx 容器

• 数组
• 链表
• 队列

• 哈希表

  • Bucket size （对齐）
  • Max size

• 红黑树
  自平衡二叉查找树

  • 高度不会超过 2 倍 log(n)
  • 增删改查算法复杂度 O(log(n))
  • 遍历复杂度 O(n)
• 基数树

网络收发与 Nginx 事件对应关系

• TCP 流与报文
  
  

• TCP 协议与非阻塞接口

  • 读事件

    • Accept 建立连接
    • Read 读消息

  • 写事件

    • Write 写事件

  

• 连接池
  构成：

  • 对上游服务器的连接
  • 对下游客户端的连接

Nginx 事件循环

• epoll
  前提：高并发连接中，每次处理的活跃连接数量占比很小
  实现：红黑树、链表
  使用：

  • 创建
  • 操作：添加/修改/删除
  • 获取句柄
  • 关闭

内存池

• 连接内存池
• 请求内存池

IO 多路复用

异步阻塞 IO

• 多个文件描述符的 IO 操作都能在一个线程里并发交替顺序完成，复用线程

CPU 亲和

• 把 CPU 内核和 Nginx 的工作进程绑定在一起，让每个 worker 进程固定在一个 CPU 上执行，从而减少 CPU 的切换并提高缓存命中率，提高性能

sendfile

• sendfile 零拷贝传输模式

Nginx 模块

• 内聚

• 抽象

  • 配置
  • 启停回调方法

  • 子模块抽象

    • http
    • event
    • mail
    • stream
• nginx 模块分类
  

编译

• 下载

  wget http://nginx.org/download/nginx-1.14.0.tar.gz
  
  tar -xzf nginx-1.14.0.tar.gz
  
  cd nginx-1.14.0

• 编译

  # 进入解压目录下
  ./configure --prefix=/home/cellinlab/nginx # 指定安装目录
  make # 编译 编译结果再 /objs 目录

• 安装

  make install

安装

• 关闭防火墙

systemctl disable firewalld.service

• 安装依赖模块

yum -y install gcc gcc-c++ autoconf pcre pcre-devel make automake
yum -y install wget httpd-tools vim

• 创建仓库文件 /etc/yum.repos.d/nginx.repo

[nginx-stable]
name=nginx stable repo
baseurl=http://nginx.org/packages/centos/$releasever/$basearch/
gpgcheck=1
enabled=1
gpgkey=https://nginx.org/keys/nginx_signing.key
module_hotfixes=true

[nginx-mainline]
name=nginx mainline repo
baseurl=http://nginx.org/packages/mainline/centos/$releasever/$basearch/
gpgcheck=1
enabled=0
gpgkey=https://nginx.org/keys/nginx_signing.key
module_hotfixes=true

• 安装

yum install nginx

• 检查

nginx -v # 查看安装版本
nginx -V # 查看编译参数

目录说明

• 日志切割文件 /etc/logrotate.d/nginx
  对访问日志进行切割

  /var/log/nginx/*.log {
    daily
  }

• 主配置文件

  • 核心配置文件 /etc/nginx/nginx.conf
  • 默认 http 服务器配置文件 /etc/nginx/conf.d/default.conf

• CGI 配置

  • CGI(Common Gateway Interface) 通用网关接口
  • Web Server 通过 cgi 协议可以把动态的请求传递给如 php、jsp、python 等应用程序
  • FastCGI 是带有拓展功能的 CGI，描述了客户端和 Web 服务器程序之间传输数据的一种标准
  • SCGI 协议是一个 CGI 协议的替代品，应用与 HTTP 服务器的接口标准，类似于 FastCGI，当设计更容易实现
  • uwsgi 是一个 Web 服务器，实现了 WSGI 协议、uwsgi、http 等协议

  路径	用途
  /etc/nginx/fastcgi_params	fastcgi 配置
  /etc/nginx/scgi_params	scgi 配置
  /etc/nginx/uwsgi_params	uwsgi 配置

• 编码转换映射转换文件

  路径	用途
  /etc/nginx/koi-utf	koi8-r <-> utf-8
  /etc/nginx/koi-win	koi8-r <-> windows-1251
  /etc/nginx/win-utf	windows-1251 <-> utf-8

• 扩展名文件
  /etc/nginx/mime.types 设置 http 协议的 Content-Type 与 扩展名对应关系

• 守护进程管理
  用于配置系统守护进程管理器管理方式

  路径	用途
  /usr/lib/systemd/system/nginx-debug.service
  /usr/lib/systemd/system/nginx.service
  /etc/sysconfig/nginx
  /etc/sysconfig/nginx-debug

• nginx 模块目录
  /etc/nginx/modules 最基本的共享库和内核模块

• 文档
  手册和帮助文档

  路径	用途
  /usr/share/doc/nginx-1.14.1	帮助文档
  /usr/share/doc/nginx-1.14.0/COPYRIGHT	版权声明
  /usr/share/man/man8/nginx.8.gz	手册

• 缓存目录 /var/cache/nginx
• 日志目录 /var/log/nginx

• 可执行命令
  nginx 服务的启动管理的可执行文件

  路径	用途
  /usr/sbin/nginx	可执行命令
  /usr/sbin/nginx-debug	调试执行可执行命令

配置文件

• /etc/nginx/nginx.conf 主配置文件
• /etc/nginx/cond.d/*.conf
• /etc/nginx/conf.d/default.conf

配置语法

# 使用 # 可以添加注释，使用 $ 可以使用变量
# 配置文件由指令与指令块组成，指令块以 {} 将多条指令组织在一起
http {
  # include 允许把多个配置文件组合起来以提升可维护性
  include mime.types; # 每条指令以 ; 结尾，指令与参数之间以空格分割
  default_type application/octet-stream; # 默认的 Content-Type
  sendfile on; # 启用零拷贝模式
  keepalive_timeout 65; # 活动连接超时时间 单位是 s
  server { # 每个server 对应一个网站
    listen 80;
    server_name localhost; # 域名
    # 有些指令可以支持正则表达式
    location / { # 匹配所有路径
      root html;
      index index.html index.htm;
    }
    error_page 500 502 503 504 /50x.html;
    location = /50x.html {
      root html;
    }
  }
}

• http 配置的指令块

  • http
  • server
  • location
  • upstream

Nginx 命令行

nginx -s reload

• -? -h 帮助
• -c 指定配置文件
• -g 指定配置命令
• -p 指定运行目录

• -s 发送信号

  • stop 立即通知服务
  • quit 优雅停止
  • reload 重载配置文件
  • reopen 重新开始记录日志文件
• -t -T 测试配置文件是否有语法错误
• -v -V 版本信息 编译参数

日志

• 日志类型

  • /var/log/nginx/access.log 访问日志
  • /var/log/nginx/error.log 错误日志

• log_format

  类型	用法
  语法	log_format name [escape=default[json] string]
  默认	log_format combined ""
  Context	http

• 使用 GoAccess 实现 access 日志可视化及实时监控
  参考

  goaccess access.log -o /var/www/html/report.html --log-format=COMBINED --real-time-html

用例

搭建静态资源 web 服务器

将静态资源放在 nginx 目录下指定目录中，如 /nginx/blog

#user  nobody;
worker_processes  1;

#error_log  logs/error.log;
#error_log  logs/error.log  notice;
#error_log  logs/error.log  info;

#pid        logs/nginx.pid;


events {
  worker_connections  1024;
}

http {
  include mime.types;
  #default_type application/octet-stream;

  log_format  main  '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
                    '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
                    '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';

  #access_log  logs/access.log  main;

  sendfile        on;
  #tcp_nopush     on;

  #keepalive_timeout  0;
  keepalive_timeout  65;

  gzip on;
  gzip_min_length 1;
  gzip_min_level 2;
  gzip_types text/plain application/x-javascript text/css application/xml text/javascript application/x-httpd-php image/jpeg image/gif image/png;

  server {
    listen 8080;
    server_name blog.cellinlab.xyz;

    access_log log/blog.access.log main;
    location / {
      alias blog/;
      #autoindex on;
      #set $limit_rate 1k;
      #index index.html index.htm;
    }

    #error_page  404              /404.html;

    # redirect server error pages to the static page /50x.html
    #
    error_page   500 502 503 504  /50x.html;
    location = /50x.html {
      root   html;
    }
  }
}

SSL

• SSL, Secure Sockets Layers
• TLS, Transport Layer Security

• TLS 安全密码
  
• 对称加密
  
• 非对称加密
  
• PKI 公钥基础设施
  

• CA 证书类型

  • 域名验证证书，DV Domain Validated
  • 组织验证证书，OV Organization Validated
  • 扩展验证证书， EV Extended Validation
• TLS 通信过程
  

免费 SSL 实现 HTTPS

yum install python2-certbot-nginx
certbot --nginx --nginx-server-root=/usr/local/openresty/nginx/conf/ -d blog.cellinlab.xyz

HTTP 模块

指令冲突

• 配置块嵌套

  main
  http {
    upstream {}
    split_clients {}
    map {}
    geo {}
    server {
      location {
        limit_except {}
      }
      location {
        location {
        }
      }
    }
    server {
    }
  }

• 指令合并

  • 值指令 存储配置项的值

    • 可以合并
    • 如 root、access_log、gzip
    • 继承规则：向上覆盖，子配置覆盖父配置

  • 动作类指令 指定行为

    • 不可以合并
    • 如 rewrite、 proxy_pass
    • 生效阶段 server_rewrite 阶段、rewrite 阶段、content 阶段

listen 指令

• 语法
  listen address[:port] 如 listen 127.0.0.1:8000
listen port 如 listen 800;
listen unix:path 如 listen unix:/var/run/nginx.sock;
• 默认 listen *:80|*:8000;
• Context server

接收请求及建立连接

• 接收请求事件模块
  
• 接收请求 HTTP 模块
  

HTTP 请求处理

HTTP 请求的 11 个阶段

11 个阶段的处理顺序

server 模块

• server_name 指令

  • 指令后可以跟多个域名，第一个是主域名
  • *泛域名：仅支持在最前或者最后 server_name *.cellinlab.xyz

  • 正则：在前面加 ~ server_name www.cellinlab.xyz ~^www\d+\.cellinlab\.xyz$;

    • 用正则创建变量

      # 匿名变量
      server {
        server_name ~^(www\.)?(.+)$;
        location / {
          root /sites/$2;
        }
      }
      # 命名变量
      server {
        server_name ~^(www\.)?(?<domain>.+)$;
        location / {
          root /sites/$domain;
        }
      }

  • .cellinlab.xyz 可以匹配 cellinlab.xyz *.cellinlab.xyz
  • _ 匹配所有
  • "" 匹配没有传递 Host 头部

• server 匹配顺序

  1. 精准匹配
  2. *在前的泛域名
  3. *在后的泛域名
  4. 按文件中的顺序匹配正则表达式域名
  5. default server