nginx

Nginx 是什么

Nginx (即 [engine x])，它是一个基于异步框架的网页服务器，同时，它也可以用作反向代理服务器、负载均衡服务器、邮件代理服务器和通用 TCP/UDP 代理服务器，最初由俄罗斯程序员 Igor Sysoev 编写实现。它在 Yandex、Mail.Ru 等网站均有应用。

根据权威机构 Netcraft 2022 年 8 月 26 日发布的最新调查数据显示，Nginx 服务和代理已经超越 Apache，在主流网站中市场份额中占有率最高。可参考下图：

为什么使用 Nginx

Nginx 最核心的是高性能，它可以让 Web 服务器在高并发压力下正常提高服务。基于事件驱动型设计、全异步的网络 I/O 处理机制、极少的进程间切换以及许多优化设计，使得 Nginx 天生善于处理高并发压力下的网络请求，同时 Nginx 降低了资源消耗，可以把服务器硬件资源发挥到极致。Nginx 的主要特性可概括如下：

如何使用

Nginx 安装

首先是 Nginx 的安装，可以从 Nginx 官网下载安装，具体安装步骤这里就不展开讲了 (如果需要自己开发或者自定义 Nginx 相关模块，可以选择从源码构建，需要安装 GCC、PCRE、zlib、OpenSSL 等相关库，这里先作为了解，不展开)

Nginx 配置文件

首先打开 nginx.conf，通过命令行 vi /usr/local/etc/nginx/nginx.conf 查看配置项：

#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;

    server {
        listen       8080;
        server_name  localhost;

        #charset koi8-r;

        #access_log  logs/host.access.log  main;

        location / {
            root   html;
            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;
        }

        # proxy the PHP scripts to Apache listening on 127.0.0.1:80
        #
        #location ~ \.php$ {
        #    proxy_pass   http://127.0.0.1;
        #}

        # pass the PHP scripts to FastCGI server listening on 127.0.0.1:9000
        #
        #location ~ \.php$ {
        #    root           html;
        #    fastcgi_pass   127.0.0.1:9000;
        #    fastcgi_index  index.php;
        #    fastcgi_param  SCRIPT_FILENAME  /scripts$fastcgi_script_name;
        #    include        fastcgi_params;
        #}

        # deny access to .htaccess files, if Apache's document root
        # concurs with nginx's one
        #
        #location ~ /\.ht {
        #    deny  all;
        #}
    }


    # another virtual host using mix of IP-, name-, and port-based configuration
    #
    #server {
    #    listen       8000;
    #    listen       somename:8080;
    #    server_name  somename  alias  another.alias;

    #    location / {
    #        root   html;
    #        index  index.html index.htm;
    #    }
    #}


    # HTTPS server
    #
    #server {
    #    listen       443 ssl;
    #    server_name  localhost;

    #    ssl_certificate      cert.pem;
    #    ssl_certificate_key  cert.key;

    #    ssl_session_cache    shared:SSL:1m;
    #    ssl_session_timeout  5m;

    #    ssl_ciphers  HIGH:!aNULL:!MD5;
    #    ssl_prefer_server_ciphers  on;

    #    location / {
    #        root   html;
    #        index  index.html index.htm;
    #    }
    #}
    include servers/*;
}

常见命令

我们可以通过命令行 nginx -h，查看 Nginx 常见命令，如下

对于 Nginx 来讲，日常一般应用使用最高频的配置文件就是 nginx.conf 了，这里我们以更改该配置文件为例，了解下会涉及到哪些命令行操作。

我们先将 nginx.conf 中监听的服务端口号改为 8082，目的是将 Nginx 的服务将由默认的 http://localhost:80/ 转移到 http://localhost:8082/，配置更改如下

server {
    listen 8082;
}

由于 Nginx 对配置文件有严格的缩紧语法要求，所以当我们更改了配置文件后，可以通过命令行：

nginx -t

对配置文件格式进行正确性检测，可以看到如下信息，表示配置文件语法正确无误：

nginx: the configuration file /usr/local/etc/nginx/nginx.conf syntax is ok
nginx: configuration file /usr/local/etc/nginx/nginx.conf test is successful

接着，我们需要重新加载 Nginx 配置，才能使刚才的更改生效，如下

nginx -s reload

生效后，我们访问 http://localhost:8082/ 页面，可以看到 Nginx 默认页面已出现，配置已经生效

如果我们要强制停止运行该服务，可使用

nginx -s stop

-s 参数其实是告诉 Nginx 程序向正在运行的 Nginx 服务发送信号量，Nginx 程序通过 nginx.pid 文件中得到 master 进程的进程 ID，再向运行中的 master 进程发送 TERM 信号来快速地关闭该服务。

我们也可以通过 kill 命令直接向 nginx master 进程发送 TERM 或者 INT 信号，如下

# 先查看当前运行进程
ps -ef | grep nginx

501 59054     1   0 10:21上午 ??         0:00.01 nginx: master process nginx -q 
501 60079 59054   0 10:54上午 ??         0:00.01 nginx: worker process 

# 直接 kill
kill -s SIGINT 59054 
or 
kill -s SIGTERM 59054

如果希望 Nginx 服务可以正常地处理完当前所有请求再停止服务，可以使用

nginx -s quit

其他命令可以使用 nginx -h 命令查询使用。

常见配置有哪些

静态资源文件

Nginx 作为网页服务器，可以指定静态资源文件所在位置，具体配置如下：

location / {
    #指定静态资源文件到桌面的 index.html 文件
    root   /Users/apple/Desktop/;
    index  index.html index.htm;
}

nginx -s reload 加载配置，查看页面，可以看到页面已经从默认页转到了我们指定的页面

gzip 压缩

在日常开发过程中，我们经常会涉及到性能优化，特别是针对服务端返回的内容，而在 Nginx 中开启 gzip 就是一个有效的优化手段。

nginx gzip 配置可以参考 ngx_http_gzip_module，示例配置如下：

#是否开启gzip模块，on表示开启，off表示关闭
gzip  on;
##设置允许压缩的页面最小字节(从header头的Content-Length中获取) ，当返回内容大于此值时才会使用gzip进行压缩,以K为单位,当值为0时，所有页面都进行压缩。建议大于1k
gzip_min_length 1000;
##设置用于处理请求压缩的缓冲区数量和大小。比如32 4K表示按照内存页（one memory page）大小以4K为单位（即一个系统中内存页为4K），申请32倍的内存空间，建议使用默认值
gzip_buffers  32 4k;
#用于识别http协议的版本，默认在http/1.0的协议下不开启gzip压缩
gzip_http_version  1.0;
#指定压缩的MIME类型,线上配置时尽可能配置多的压缩类型
gzip types  text/plain application/xml text/css text/xml application/javascript;
#可以让前端的缓存服务器缓存经过gzip压缩的页面; 表示在传送数据时，给客户端说明使用了gzip压缩
gzip_vary  on
#根据请求和响应启用或禁用代理请求的响应gzip压缩。请求被代理的事实是由Via请求头字段的存在决定的
gzip_proxied  expired no-cache no-store private auth;

开启压缩功能后，可以使用 ab(Apache bench) 命令进行压测，验证效果。

基于客户端 IP 地址的访问控制

Nginx 可以通过 ngx_http_access_module 模块实现基于客户端 IP 地址的访问控制，配置如下：

location / {
    allow 10.37.129.2;
    allow 192.168.31.246;
    deny all;
}

通过以上配置，我们就可以实现访问 IP 白名单或者说黑名单，仅仅放行 10.37.129.2&1192.168.31.246 这两个 IP 进行访问，其余 IP 一律返回 403 Forbidden，当然，也可以配置 IP 网段进行控制。

响应速度限制

结合 IP 地址的访问控制，更进一步，如果我们想要防止多个用户下载时占用过高的带宽，可以针对指定资源文件进行限速处理，比如我们针对 mp4 类型文件进行限制，当下载文件大小超过 500k 时，限制其下载速率为 50k，这里是不是可以联想到某知名网盘 😂，可如下配置：

location /mp4/ {
    mp4;
    limit_rate_after 500k;
    limit_rate       50k;
}

限制来自同一个地址的同时连接或请求的数量

如果有恶意攻击者对 Web 应用发起流量攻击，短时间内使用脚本无限制地请求 Web 应用地址，就会造成该应用带宽流量上升，无法响应其他正常用户的请求，这时候我们可以使用 ngx_http_limit_conn_module 和 ngx_http_limit_req_module 针对同一个地址的同时连接和请求的数量进行限制，可参考如下配置

• 同一个地址的同时连接个数限制为 5

http {
    limit_conn_zone $binary_remote_addr zone=addr:10m;
    ...
    server {
        ...
        location /download/ {
            limit_conn addr 5;
            #限制与虚拟服务器的连接总数
            limit_conn perserver 100；
        }
    }
}

• 同一个地址的同时请求的数量限制为 5，即平均每秒不超过 5 个请求，并且突发不超过 50 个请求，这里的限制机制采用了 leaky bucket (漏桶算法) 算法完成。

http {
    limit_req_zone $binary_remote_addr zone=one:10m rate=5r/s;
    ...
    server {
        ...
        location /search/ {
            limit_req zone=one burst=50;
        }
    }
}

基于 IP 的地理定位

最近一段时间，各个互联网平台都对用户 IP 地址进行了展示，那么如何实现基于 IP 的地理定位展示，Nginx 为我们提供了 ngx_http_geoip_module 模块，通过解析 MaxMind GeoIP 库，可以实现地理定位。也可以对指定区域或 IP 进行自定义处理，比如针对来自特定区域 IP 访问进行拦截。相关配置如下：

http {
    #根据客户端 IP 地址确定国家/地区的数据库
    geoip_country GeoIP.dat；
    #根据客户端 IP 地址确定国家、地区和城市的数据库
    geoip_city GeoLiteCity.dat；
    #定义可信地址
    geoip_proxy 192.168.100.0/24；
    #禁用递归搜索
    geoip_proxy_recursive on；
    ...

    server {
        ...
        #可自定义操作，如针对某个国家返回指定页面
        if ($geoip_country_code == 'AT'){
            return something;
        }
        #可自定义操作，如针对某个城市返回指定页面
        if ($geoip_city == 'Bonito'){
            return something; 
        }
    }
}

提示

Nginx 默认情况下不构建此模块，应使用 --with-http_geoip_module 配置参数启用它

njs 脚本语言

通过基于 IP 的地理定位模块，我们知道 Nginx 可以处理一些简单逻辑模块，如果这里要处理的逻辑较多或者说比较复杂，那是不是可以使用现代化编程语言处理，并借用其相关类库，将一个个逻辑抽离到函数中呢？答案是可以的，Nginx 支持了 njs scripting language，可以通过 Javascript 语言来处理，比如我们想要将响应正文字符统一转换为小写，可以先写好 Javascript 文件，再引入使用，示例如下：

function to_lower_case(r, data, flags) {
    // 注意这里使用了JavaScript API toLowerCase() 函数，使用函数库，可以简化脚步语言的逻辑
    r.sendBuffer(data.toLowerCase(), flags);
}

export default {to_lower_case};

http {
  js_path "/etc/nginx/njs/";

  js_import main from http/response/to_lower_case.js;

  server {
        listen 80;

        location / {
            #调用引入的JavaScript函数 to_lower_case
            js_body_filter main.to_lower_case;
            proxy_pass http://localhost:8080;
        }
  }

  server {
        listen 8080;

        location / {
            return 200 'Hello World';
        }
  }
}

提示

更多 njs 示例，可以参考 njs-examples

反向代理

我们日常使用最多的莫过于 Nginx 的反向代理了，通过反向代理，可以隐藏服务端真实调用地址，还可以作为应用层防火墙，为网站的攻击行为提供前置防护。 反向代理这块主要配置分为：proxy_pass、proxy_cache、proxy_ssl、proxy_buffer。

• proxy_pass 主要涉及代理转发相关配置
• proxy_cache 主要用于定义缓存的共享内存区域相关配置
• proxy_ssl 主要用于 HTTPS 协议转发配置
• proxy_buffer 主要用于缓冲区相关配置 常用反向代理配置如下：

location /name/ {
    #配置反向代理服务目标地址，由 nginx 进行转发操作
    proxy_pass http://127.0.0.1/remote/;
    #另外，在转发过程中，也可以自定义转发头部字段，如下：
    #默认情况下反向代理是不会转发请求中的Host头部的
    proxy_set_header Host $http_host;
    proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
    proxy_set_header REMOTE_HOST $remote_addr;
    proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
    proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;
    proxy_set_header X-NginX-Proxy true;
}

提示

更多配置请查看 http_proxy_module

负载均衡

在微服务理念盛行的今天，负载均衡的重要性更加凸显，负载均衡一般指在多个计算机 (计算机集群)、网络连接、CPU、磁盘驱动器或其他资源中分配负载，以达到优化资源使用、最大化吞吐率、最小化响应时间、同时避免过载。可以使用 NginX 作为高效的 HTTP 负载均衡器，将客户端请求分布到多个应用服务器，并通过 NginX 提高 Web 应用程序的性能、可扩展性和可靠性。

如果存在多个后端服务 S1、S2、S3，我们可以通过设置负载均衡来调节用户访问，如下：

Nginx 主要有三种负载均衡机制：

• round-robin：即以轮询方式分发客户端的请求，可以参考如下配置：

upstream backend {
    server backend.s1.com   weight=5;
    server backend.s2.com;
    server backend.s3.com;
}

server {
    location / {
        proxy_pass http://backend;
    }
}

请求使用加权循环平衡方法在服务器之间分配。在上面面的示例中，每 7 个请求将按的分配机制是：5 个请求到达 backend.s1.com，1 个请求到达 backend.s2.com，1 个请求到达 backend.s3.com。

• least_conn：即最少连接负载均衡。将请求传递到具有最少活动连接数的服务器，同时考虑服务器的权重。如果有多个这样的服务器，则使用加权循环平衡方法依次连接。配置如下：

upstream backend {
    #使用最少连接策略
    least_conn
    server backend.s1.com   weight=5;
    server backend.s2.com;
    server backend.s3.com;
}

server {
    location / {
        proxy_pass http://backend;
    }
}

• ip_hash：基于客户端 IP 地址在服务器之间分配请求。客户端 IPv4 地址或整个 IPv6 地址的前三个八位字节用作散列密钥。该方法确保来自同一客户端的请求将始终传递到同一服务器，除非该服务器不可用。在后一种情况下，客户端请求将被传递到另一台服务器。这样做的好处是客户端绑定到特定的应用服务器，可以保持持久会话，同时解决动态网页 Session 共享的问题，也可以有效地管理缓存信息。 相关配置如下：

upstream backend {
    #使用ip_hash策略
    ip_hash;
    server backend.s1.com   weight=5;
    server backend.s2.com;
    server backend.s3.com;
}

server {
    location / {
        proxy_pass http://backend;
    }
}

除此之外，我们还可以给设置服务器的 keepalive 会话个数和会话有效时间、max_fails 设置持续时间内与服务器通信的不成功尝试次数、fail_timeout 设置与服务器通信不成功的次数等。

提示

更多配置请查看 ngx_http_upstream_module

其他

Nginx 还可以处理很多需求，如：图像转换、正则匹配 URI、支持 A/B 测试等。

为什么 Nginx 这么高效

Nginx 性能的高效源自其架构设计的优势，主要包含以下几个点：

提示

有兴趣可以参考关于 NginX 架构设计 Nginx Core Architecture

总结

本文我们主要介绍了 NginX 是什么以及其优势，接下来，主要了解了 NginX 常见命令和配置。另外，介绍了几个 NginX 有意思的模块使用，包括：基于客户端 IP 地址的访问控制、响应速度限制、限制来自同一个地址的同时连接或请求的数量、基于 IP 的地理定位、njs 脚本语言。接着具体介绍了 NginX 反向代理和负载均衡。最后简要总结了 NginX 高性能的几个设计优势。如果你想了解更多关于 NginX 的特性，可以进一步去官网了解。

资料

• Nginx 性能优化功能