Nginx學習筆記（二）——編譯安裝步驟詳解、Nginx性能優化、Nginx主配置文件詳解

一、Nginx相關問題

1.1 Nginx是如何處理一個請求的呢？

（1）nginx在啓動時，會解析配置文件，得到需要監聽的端口與ip地址；然後在nginx的master進程裏面，先初始化好這個監控的socket，再進行listen；然後再fork出多個子進程出來, 子進程會競爭accept新的連接。

（2）此時，客戶端就可以向nginx發起連接了。當客戶端與nginx進行三次握手，與nginx建立好一個連接後；

（3）此時，某一個子進程會accept成功，然後Nginx創建對連接的封裝，即ngx_connection_t結構體。接着，根據事件調用相應的事件處理模塊，如http模塊與客戶端進行數據的交換。

（4）最後，nginx或客戶端來主動關掉連接，到此，一個連接就完成了。

1.2 Nginx爲什麼不使用多線程？爲什麼性能這麼高？nginx是如何實現高併發的？

（1）例如Apache服務器的工作原理，創建多個進程或線程，而每個進程或線程都會爲其分配cpu和內存，但是併發過大會榨乾服務器資源。由於web server的工作性質決定了每個request的大部份生命都是在網絡傳輸中，實際上花費在server機器上的時間片不多。這是幾個進程就解決高併發的祕密所在。即webserver剛好屬於網絡io密集型應用，不算是計算密集型。

（2）所以Nginx，採用單線程異步非阻塞處理請求，運用epoll模型，提供了一個隊列，排隊解決，不會爲每個請求分配cpu和內存資源，節省了大量資源，同時也減少了大量的CPU的上下文切換。所以才使得Nginx支持更高的併發。

（3）Nginx會有一個master主進程，一個master對應多個worker工作進程，每個worker工作進程可以處理多個請求，每進來一個request，會有一個worker進程去處理。但不是全程的處理，處理到可能發生阻塞的地方，比如向後端服務器轉發request，並等待請求返回。那麼，這個處理的worker繼續處理其他請求，而一旦後端服務器返回了，就會觸發這個事件，worker纔會來接手，這個request纔會接着往下走。

• 面試常見問題

二、Nginx的編譯安裝及調優

• 性能優化參考

2.1 編譯安裝

• 可下載最新版本nginx

1、 解壓：
1）解壓tar包： tar zxf nginx-1.15.7.tar.gz
2）隱藏nginx版本，防止被攻擊：vim nginx-1.15.7/src/core/nginx.h

nginx-1.15.9目錄裏的內容

1）auto目錄：裏面有4個子目錄，cc是編譯使用的，os是判斷操作系統類型的，其他都是輔助configure編譯的，也就是操作系統有什麼特性供nginx使用
2)CHANGES：各版本的改變，bug修復等信息;CHANGES.ru：nginx作者是俄羅斯人，這是俄羅斯版本
3)conf: 爲了方便運維配置，conf目錄裏有示例文件，安裝好後會拷貝到安裝目錄
4）configure 
5）contrib：提供nginx語法檢測字體
   cp -r contrib/vim/* ~/.vim	##家目錄下如果沒有.vim目錄，手動新建
6）html:默認發佈目錄，50x.html是報500錯誤時的頁面
7) src:源碼目錄

修改文件 /nginx-1.15.9/src/core/nginx.h

#define NGINX_VER          "nginx/" NGINX_VERSION
改爲：
#define NGINX_VER          "nginx/"	 

3） 在Nginx源碼/auto/cc/gcc文件中：　　vim auto/cc/gcc

• 在此Debug模式模式會插入許多追蹤和ASSERT之類的信息，在正常編譯過程中結束，會產生幾兆大小的包，我們可以在編譯之前關閉debug模式，這樣在編譯結束，只會產生幾百K左右的包大小。

# debug
#CFLAGS="$CFLAGS -g" ##本行註釋掉，關閉debug日誌模式，  

2、編譯安裝nginx
1）安裝gcc編譯器和openssl-devel： yum install gcc openssl-devel -y
2）在 /root/nginx/nginx-1.15.9 目錄下編譯：

./configure \
###自定義配置：
--prefix=/usr/local/nginx  \
--pid-path=/var/run/nginx/nginx.pid \
--lock-path=/var/lock/nginx.lock \
--error-log-path=/var/log/nginx/error.log \
--http-log-path=/var/log/nginx/access.log \
--with-http_gzip_static_module \
--http-client-body-temp-path=/var/temp/nginx/client \
--http-proxy-temp-path=/var/temp/nginx/proxy \
--http-fastcgi-temp-path=/var/temp/nginx/fastcgi \
--http-uwsgi-temp-path=/var/temp/nginx/uwsgi \
--http-scgi-temp-path=/var/temp/nginx/scgi

--prefix=PATH 
	## 指定nginx的安裝目錄。默認 /usr/local/nginx
--with-http_realip_module 
	##通過這個模塊允許我們改變客戶端請求頭中客戶端IP地址值(例如X-Real-IP 或 X-Forwarded-For)
	##意義在於能夠使得後臺服務器記錄原始客戶端的IP地址
--with-http_ssl_module 
	##使用https協議模塊。默認情況下，該模塊沒有被構建。前提是openssl與openssl-devel已安裝
--without-http_rewrite_module 
	##perl正則表達式使用在location指令和ngx_http_rewrite_module模塊中。

發現報錯：

原因：缺少依賴性：gd-devel-2.0.35-26.el7.x86_64.rpm（缺什麼裝什麼）

3） 安裝：yum install gd-devel-2.0.35-26.el7.x86_64.rpm，再次編譯。

4）make && make install 安裝

3、啓動腳本做軟鏈接： ln -s /usr/local/nginx/sbin/nginx /usr/local/sbin/

nginx -t	##檢測配置文件語法
nginx		##啓動nginx

4、修改配置

1）查看nginx的默認配置文件：vim //usr/local/nginx/conf/nginx.conf
2）修改用戶，讓nginx以nginx用戶和用戶組啓動。

3）檢測配置文件語法 ：nginx -t 修改了nginx用戶和組後檢測會報錯，需要手動創建nginx用戶

4）添加nginx用戶：useradd nginx，此時就不報錯了。

• useradd -s /sbin/nologin -M -d /usr/local/nginx/ nginx 創建用戶

再次加載nginx的配置可能會出現報錯：

nginx: [error] invalid PID number "" in "/usr/local/nginx/logs/nginx.pid"
#解決：刪除/usr/local/nginx/logs/nginx.pid，再重新啓動

5）此時 ps aux，可看到兩個nginx進程，一個是root用戶開啓的master進程，一個是由nginx用戶開啓的worker進程

2.2調優

5、升級nginx的配置，調優
開啓的work進程數是由cpu的總核心數決定的（有幾核就有幾個work進程）
1） 修改虛擬機cpu核心數（虛擬機關機）

2）查看邏輯CPU的個數：cat /proc/cpuinfo | grep “processor” | wc -l 發現是4核的

3）修改nginx開啓的work進程數：vim //usr/local/nginx/conf/nginx.conf,並且重置nginx nginx -s reload

user  nginx     nginx;
worker_processes  4;
worker_cpu_affinity 0001 0010 0100 1000;

• nginx默認沒有開啓利用多核cpu，這樣配置後，在計算最費時的資源時，使用的cpu核數越多，越快，'0001’從左到右一次表示第四，第三，第二，第一個cpu核心，0表示關閉，1表示開啓
  
  

此時可以看到開啓了4個work進程。

4）修改併發連接數：vim //usr/local/nginx/conf/nginx.conf,並且重置nginx nginx -s reload

• worker_connections 65535 : 單個後臺worker process進程的 最大併發鏈接數 ，同時也受linux系統進程的最大打開文件數的限制，需要修改’ulimit -n 65536’設置後，方可生效。
• epoll是多路複用IO(I/O Multiplexing)中的一種方式 ，但是僅用於linux2.6以上內核,可以大大提高nginx的性能 ，Nginx正是由此IO模型支持高併發。Nginx支持select,poll,epoll,kqueue,resig,/dev/poll.kqueue對應BSD系統的高效IO模型，epoll對應Linux系統的高效模型。
• I/O多路複用：如果一個I/O流進來，我們就開啓一個進程處理這個I/O流。那麼假設現在有一百萬個I/O流進來，那我們就需要開啓一百萬個進程一一對應處理這些I/O流（——這就是傳統意義下的多進程併發處理）。思考一下，一百萬個進程，你的CPU佔有率會多高，這個實現方式及其的不合理。所以人們提出了I/O多路複用這個模型，一個線程，通過記錄I/O流的狀態來同時管理多個I/O，可以提高服務器的吞吐能力

ps aux 查看進程，cat /proc/2212/limits

如果不是我們期望的65535，

ulimit -a #查看系統的最大打開文件數
ulimit -n 65535 #更改系統配置，立即生效

nginx -s reload,然後重新查看。

三、Nginx主配置文件結構

nginx配置文件主要分爲六個區域：
main(全局設置)、events(nginx工作模式)、http(http設置)、sever(主機設置)、location(URL匹配)、upstream(負載均衡服務器設置)。

3.1 main模塊

下面時一個main區域，他是一個全局的設置：

    user nobody nobody;
    worker_processes 1;
    error_log  /usr/local/var/log/nginx/error.log  notice;
    pid        /usr/local/var/run/nginx/nginx.pid;
    worker_rlimit_nofile 1024;

user 來指定Nginx Worker進程運行用戶以及用戶組，默認由nobody賬號運行。但我們一般更改爲用戶nginx運行，需要在nginx主機創建用戶nginx。

worker_processes來指定了Nginx要開啓的子進程數。每個Nginx進程平均耗費10M~12M內存。根據經驗，一般指定1個進程就足夠了，如果是多核CPU，建議指定和CPU的數量一樣的進程數即可。

error_log用來定義全局錯誤日誌文件。日誌輸出級別有debug、info、notice、warn、error、crit可供選擇，其中，debug輸出日誌最爲最詳細，而crit輸出日誌最少。

pid用來指定進程id的存儲文件位置。

worker_rlimit_nofile用於指定一個nginx進程可以打開的最多文件描述符數目，這裏是65535，需要使用命令“ulimit -n 65535”來設置。

3.2 events模塊

events模塊來用指定nginx的工作模式和工作模式及連接數上限，一般是這樣：

    events {
        use kqueue; #mac平臺
        worker_connections  1024;
    }

use用來指定Nginx的工作模式。Nginx支持的工作模式有select、poll、kqueue、epoll、rtsig和/dev/poll。其中select和poll都是標準的工作模式，kqueue和epoll是高效的工作模式，不同的是epoll用在Linux平臺上，而kqueue用在BSD系統中，因爲Mac基於BSD,所以Mac也得用這個模式，對於Linux系統，epoll工作模式是首選。

worker_connections用於定義Nginx每個進程的最大連接數，即接收前端的最大請求數，默認是1024。最大客戶端連接數由worker_processes和worker_connections決定，即Max_clients=worker_processes*worker_connections，在作爲反向代理時，Max_clients變爲：Max_clients = worker_processes * worker_connections/4。
進程的最大連接數受Linux系統進程的最大打開文件數限制，在執行操作系統命令“ulimit -n 65536”後worker_connections的設置才能生效。

3.3 http 模塊

http模塊是最核心的模塊了，它負責HTTP服務器相關屬性的配置，它裏面的server和upstream子模塊，至關重要，等到反向代理和負載均衡以及虛擬目錄等會仔細說。

    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  /usr/local/var/log/nginx/access.log  main;
        sendfile        on;
        tcp_nopush      on;
        tcp_nodelay     on;
        keepalive_timeout  10;
        #gzip  on;
        upstream myproject {
            .....
        }
        server {
            ....
        }
    }

include 用來設定文件的mime類型,類型在配置文件目錄下的mime.type文件定義，來告訴nginx來識別文件類型。

default_type設定了默認的類型爲二進制流，也就是當文件類型未定義時使用這種方式，例如在沒有配置asp 的locate 環境時，Nginx是不予解析的，此時，用瀏覽器訪問asp文件就會出現下載了。

log_format用於設置日誌的格式，和記錄哪些參數，這裏設置爲main，剛好用於access_log來記錄這種類型。

main的類型日誌如下：也可以增刪部分參數。

127.0.0.1 - - [21/Apr/2015:18:09:54 +0800] "GET /index.php HTTP/1.1" 200 87151 "-" "Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10_10_2) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/41.0.2272.76 Safari/537.36"

access_log 用來紀錄每次的訪問日誌的文件地址，後面的main是日誌的格式樣式，對應於log_format的main。

sendfile參數用於開啓高效文件傳輸模式。將tcp_nopush和tcp_nodelay兩個指令設置爲on用於防止網絡阻塞。

keepalive_timeout設置客戶端連接保持活動的超時時間。在超過這個時間之後，服務器會關閉該連接。

3.4 server 模塊

sever 模塊是http的子模塊，它用來定一個虛擬主機。

    server {
            listen       8080;
            server_name  localhost 192.168.12.10 www.yangyi.com;
            # 全局定義，如果都是這一個目錄，這樣定義最簡單。
            root   /Users/yangyi/www;
            index  index.php index.html index.htm; 
            charset utf-8;
            access_log  usr/local/var/log/host.access.log  main;
            aerror_log  usr/local/var/log/host.error.log  error;
            ....
    }

server標誌定義虛擬主機開始。
listen用於指定虛擬主機的服務端口。
server_name用來指定IP地址或者域名，多個域名之間用空格分開。
root 表示在這整個server虛擬主機內，全部的root web根目錄。注意要和locate {}下面定義的區分開來。
index 全局定義訪問的默認首頁地址。注意要和locate {}下面定義的區分開來。
charset用於設置網頁的默認編碼格式。
access_log用來指定此虛擬主機的訪問日誌存放路徑，最後的main用於指定訪問日誌的輸出格式。

3.5 location模塊

location模塊是nginx中用的最多的，也是最重要的模塊了，負載均衡、反向代理、虛擬域名都與它相關。

location 根據它字面意思就知道是來定位的，定位URL，解析URL，所以，它也提供了強大的正則匹配功能，也支持條件判斷匹配，用戶可以通過location指令實現Nginx對動、靜態網頁進行過濾處理。像我們的php環境搭建就是用到了它。

我們先來設定默認首頁和虛擬機目錄。

    location / {
                root   /Users/yangyi/www;
                index  index.php index.html index.htm;
            }

location /表示匹配訪問根目錄。

root指令用於指定訪問根目錄時，虛擬主機的web目錄，這個目錄可以是相對路徑（相對路徑是相對於nginx的安裝目錄）。也可以是絕對路徑。

index用於設定我們只輸入域名後訪問的默認首頁地址，有個先後順序：index.php index.html index.htm，如果沒有開啓目錄瀏覽權限，又找不到這些默認首頁，就會報403錯誤。

location 還有一種方式就是正則匹配，開啓正則匹配這樣：location ~。後面加個~。下面就是：

    location ~ \.php$ {
                root           /Users/yangyi/www;
                fastcgi_pass   127.0.0.1:9000;
                fastcgi_index  index.php;
                include        fastcgi.conf;
            }

\.php$ 熟悉正則的我們直到，這是匹配.php結尾的URL，用來解析php文件。裏面的root也是一樣，用來表示虛擬主機的根目錄。
fast_pass鏈接的是php-fpm 的地址。

3.6 upstream 模塊

upstream 模塊負責負載均衡模塊，通過一個簡單的調度算法來實現客戶端IP到後端服務器的負載均衡。

    upstream iyangyi.com{
        ip_hash;
        server 192.168.12.1:80;
        server 192.168.12.2:80 down;
        server 192.168.12.3:8080  max_fails=3  fail_timeout=20s;
        server 192.168.12.4:8080;
    }

在上面的例子中，通過upstream指令指定了一個負載均衡器的名稱iyangyi.com。這個名稱可以任意指定，在後面需要的地方直接調用即可。

裏面是ip_hash這是其中的一種負載均衡調度算法，下面會着重介紹。緊接着就是各種服務器了。用server關鍵字表識，後面接ip。

Nginx的負載均衡模塊目前支持4種調度算法:

• weight輪詢（默認）。每個請求按時間順序逐一分配到不同的後端服務器，如果後端某臺服務器宕機，故障系統被自動剔除，使用戶訪問不受影響。weight。指定輪詢權值，weight值越大，分配到的訪問機率越高，主要用於後端每個服務器性能不均的情況下。
• ip_hash。每個請求按訪問IP的hash結果分配，這樣來自同一個IP的訪客固定訪問一個後端服務器，有效解決了動態網頁存在的session共享問題。
• fair。比上面兩個更加智能的負載均衡算法。此種算法可以依據頁面大小和加載時間長短智能地進行負載均衡，也就是根據後端服務器的響應時間來分配請求，響應時間短的優先分配。Nginx本身是不支持fair的，如果需要使用這種調度算法，必須下載Nginx的upstream_fair模塊。
• url_hash。按訪問url的hash結果來分配請求，使每個url定向到同一個後端服務器，可以進一步提高後端緩存服務器的效率。Nginx本身是不支持url_hash的，如果需要使用這種調度算法，必須安裝Nginx的hash軟件包。

在HTTP Upstream模塊中，可以通過server指令指定後端服務器的IP地址和端口，同時還可以**設定每個後端服務器在負載均衡調度中的狀態**。常用的狀態有：

• down，表示當前的server暫時不參與負載均衡。
• backup，預留的備份機器。當其他所有的非backup機器出現故障或者忙的時候，纔會請求backup機器，因此這臺機器的壓力最輕。
• max_fails，允許請求失敗的次數，默認爲1。當超過最大次數時，返回proxy_next_upstream 模塊定義的錯誤。
• fail_timeout，在經歷了max_fails次失敗後，暫停服務的時間。max_fails可以和fail_timeout一起使用。

注意 ：當負載調度算法爲ip_hash時，後端服務器在負載均衡調度中的狀態不能是weight和backup。