Nginx基础

1 nginx介绍

nginx是一款高性能的http 服务器/反向代理服务器及电子邮件（IMAP/POP3）代理服务器。由俄罗斯的程序设计师Igor Sysoev所开发，官方测试nginx能够支支撑5万并发链接，并且cpu、内存等资源消耗却非常低，运行非常稳定，所以现在很多知名的公司都在使用nginx。

2 nginx的应用场景

1、http服务器：Nginx是一个http服务可以独立提供http服务。可以做网页静态服务器。

2、虚拟主机：以实现在一台服务器虚拟出多个网站。例如个人网站使用的虚拟主机。

3、反向代理，负载均衡。当网站的访问量达到一定程度后，单台服务器不能满足用户的请求时，需要用多台服务器集群可以使用nginx做反向代理。并且多台服务器可以平均分担负载，不会因为某台服务器负载高宕机而某台服务器闲置的情况。

反向代理/负载均衡

反向代理：反向代理服务器位于用户与目标服务器之间，但是对于用户而言，反向代理服务器就相当于目标服务器，即用户直接访问反向代理服务器就可以获得目标服务器的资源。同时，用户不需要知道目标服务器的地址，也无须在用户端作任何设定。

负载均衡：就是将请求分摊到多个tomcat上进行处理，增加了请求并发量和吞吐量。

3 nginx安装（linux）

1.官网下载nginx linux 版本的安装包放到指定目录下 (cd /data/soft )。

2.解压命令 tar zxvf nginx-1.20.0.tar.gz（记住：解压后的文件夹名称不要改成nginx，不然安装的时候会报错，因为安装的时候会创建一个nginx文件夹）。

3.创建临时文件夹，不然有可能会报错 mkdir /var/temp/nginx -p。

4.进入解压后的目录 cd nginx-1.20.0 输入如下命令，目的是配置nginx。

./configure --prefix=/data/soft/nginx --with-http_ssl_module --with-http_realip_module --with-http_addition_module --with-http_sub_module --with-http_dav_module --with-http_flv_module --with-http_gzip_static_module --with-http_stub_status_module。

下面是配置参数的含义：

nginx配置参数

5. make 编译。

6.make install 安装。

7. cd /data/soft/nginx/sbin 下

./nginx 启动nginx

./nginx -s stop 停止nginx:

./nginx -s reoad 重新加载

./nginx -t 检查配置文件是否正确

./nginx -s quit 停止nginx（等处理的请求结束/生产环境停止用这个命令）

注意：在云服务器安装记得开放nginx默认的80端口。

4 nginx的进程模型

nginx模型有两种进程，master进程和worker进程。master进程主要用来管理worker进程，管理包含：接收来自外界的信号，向各worker进程发送信号，监控worker进程的运行状态，当worker进程退出后(异常情况下)，会自动重新启动新的worker进程。而基本的网络事件，则是放在worker进程中来处理了。多个worker进程之间是对等的，他们同等竞争来自客户端的请求，各进程互相之间是独立的。一个请求，只可能在一个worker进程中处理，一个worker进程，不可能处理其它进程的请求。worker进程的个数是可以设置的，一般我们会设置与机器cpu核数一致。

nginx的进程模型

如下图我们启动ngin后可以看一下他的进程。用命令 ps-ef | grep nginx。里面默认有两个一个msater一个worker。

我们 vi /data/soft/nginx/conf/nginx.conf 将worker_processes 改成 2 看看。（改完记得重新加载nginx ./nginx -s reload）

修改worker数量

接下来查看nginx进程发现有两个worker进程了。

两个worker

5 nginx如何处理实现高并发

为什么nginx可以处理这么高并发的请求呢？

先总结：得益于nginx的worker抢占机制（进程模型）和异步非阻塞式的处理方式。

平时设置worker的数量应该与cpu的核数设置一致。

5.1 同步与异步的理解：

同步与异步的重点在消息通知的方式上，也就是调用结果通知的方式。

同步：当一个同步调用发出去后，调用者要一直等待调用结果的通知后，才能进行后续的执行。

异步：当一个异步调用发出去后，调用者不能立即得到调用结果的返回。

异步调用，要想获得结果，一般有两种方式：

1、主动轮询异步调用的结果;

2、被调用方通过callback来通知调用方调用结果。

生活实例：

同步取快递：小明收到快递将送达的短信，在楼下一直等到快递送达。

异步取快递：小明收到快递将送达的短信，快递到楼下后，小明再下楼去取。

异步取快递，小明知道快递到达楼下有两种方式：1、不停的电话问快递小哥到了没有，即主动轮询；2、快递小哥到楼下后，打电话通知小明，然后小明下楼取快递，即回调通知。

5.2 阻塞与非阻塞的理解

阻塞与非阻塞的重点在于进/线程等待消息时候的行为，也就是在等待消息的时候，当前进/线程是挂起状态，还是非挂起状态。

阻塞：阻塞调用在发出去后，在消息返回之前，当前进/线程会被挂起，直到有消息返回，当前进/线程才会被激活

非阻塞：非阻塞调用在发出去后，不会阻塞当前进/线程，而会立即返回。

生活实例：

阻塞取快递：小明收到快递即将送达的信息后，什么事都不做，一直专门等快递。

非阻塞取快递：小明收到快递即将送达的信息后，等快递的时候，还一边敲代码、一边刷微信。

同步与异步，重点在于消息通知的方式；阻塞与非阻塞，重点在于等消息时候的行为。

所以，就有了下面4种组合方式：

1. 同步阻塞：小明收到信息后，啥都不干，等快递；

2. 同步非阻塞：小明收到信息后，边刷微博，边等着取快递；

3. 异步阻塞：小明收到信息后，啥都不干，一直等着快递员通知他取快递；

4. 异步非阻塞：小明收到信息后，边刷着微博，边等快递员通知他取快递。

5.3 work抢占机制

work抢占机制

在master里面，先建立需要lfd,然后fork出多个worker进程，当用户进入nginx服务的时候，每个worker的lfd变的可读，并且这些worker会抢占一个accept_mutex的锁，一个worker得到accept_mutex这个互斥量，其他的worker就不能占有。抢到这个accept_mutex的worker就开始读取请求-解析请求-处理请求，数据彻底返回客户端之后，这个事件就算结束。

5.4 nginx事件处理

nginx事件处理

一般服务器事件处理：同样的3个进程，如果采用一个进程负责一个request的方式，那么，同时进来3个request之后，每个进程就负责其中一个，直至会话关闭。期间，如果有第4个request进来了。就无法及时反应了，因为4个进程都没干完活呢，因此，一般有个调度进程，每当新进来了一个request，就新开个进程来处理。

nginx事件处理：nginx每进来一个request，会有一个worker进程去处理。但不是全程的处理，处理到什么程度呢？处理到可能发生阻塞的地方，比如向上游（后端）服务器转发request，并等待请求返回。那么，这个处理的worker不会这么傻等着，他会在发送完请求后，注册一个事件：“如果upstream返回了，告诉我一声，我再接着干”。于是他就休息去了。此时，如果再有request 进来，他就可以很快再按这种方式处理。而一旦上游服务器返回了，就会触发这个事件，worker才会来接手，这个request才会接着往下走。

6 nginx.config配置结构

1. user root ；

设置worker进程的用户，指linux中的用户，涉及到一些操作文件目录的权限，默认是nobody。

2. worker_processes；

worker进程工作数的设置，一般来说cpu有几个就设置几个。

3. error_log logs/error.log info；

nginx日志级别:debug/info/warn/error

4. pid logs/nginx.pid;

nginx的进程pid

5.设置工作模式

event事件

6. http指令块，针对http网络传输的一些指令配置

http指令块

7.include yc.config

引入外部配置文件，避免配置文件过大可读性差

8. 设定日志格式，main为定义的格式名称，如此access_log就可以直接使用这个变量了。

参数对照解析

9. sendfile使用高校文件传输，提升传输性能，启用后才能够使用tcp_nopush,指当前数据表积累一定大小后才能发送，提升了传输效率。

sendfile on;

tcp_nopush on;

10.keepalive_timeout 65;

设置客户端与服务器请求的超时时间，保证客户端请求的时候不会重复建立新的连接，节约资源损耗。

11. gzip on；

启用压缩，html/css压缩后传输更快。

12.server 指令块可以在http指令中设置多个模拟主机

listen:监听端口；

server_name localhost/ip/域名

location:请求路由映射，匹配拦截

root：请求位置

index:首页设置

server指令块

7 nginx配置前端静态文件访问

假如我的前端项目放置在 /data/html目录下我们可以如下图配置静态资源访问

静态资源

8 nginx 跨域防盗链

nginx跨域server配置

nginx防盗链server配置

9 nginx 集群

9.1 搭建tomcat集群

如下图：我们搭建了反向代理，两台tomcat集群。

nginx反向代理集群

9.2 nginx负载均衡

1.负载均衡之——轮询

搭建完集群后请求会被依次分摊到三台tomcat服务器上，按顺序依次访问。

2.负载均衡之——加权轮询

如果集群的两台tomcat服务器配置不一样，我们可以为配置高的server增加权重，使其改变访问的流量，数值越小被分配到的流量就越少。

加权

9.3 nginx upstream参数详解

参数列表

max_conns：可以根据服务的好坏来设置最大连接数，防止挂掉，比如1000，我们可以设置800

max_conns

max_fails、 fail_timeout：

max_fails:失败多少次认为主机已挂掉则，踢出，公司资源少的话一般设置2~3次，多的话设置1次

max_fails=3 fail_timeout=30s代表在30秒内请求某一应用失败3次，认为该应用宕机，后等待30秒，这期间内不会再把新请求发送到宕机应用，而是直接发到正常的那一台，时间到后再有请求进来继续尝试连接宕机应用且仅尝试1次，如果还是失败，则继续等待30秒...以此循环，直到恢复。

max_fails、 fail_timeout

9.4 负载均衡算法

1.weight+轮询: 默认的算法，根据设置的权重去轮询。

2.ip_hash: 根据用户ip的hash来决定用户访问的是哪一台tomcat

场景：保持session 一致。（因为同一个ip他的hash一样，通过节点取余，保证他的每个请求都访问到同一台tomcat避免缓存失效）。另外注意：要是停用机器，不能直接去掉server，应该用down参数，保证节点数不变，那么ip_hash还是不变，要是节点数变了，整个hash ip 访问的机器都会变。

ip_hash原理

ip_hash

3.url_hash：原理跟 ip_hash差不多，但是不同的是将请求的url放到hash函数中得到值然后再去跟节点数取余。

url_hash

4.least_conn : 最少链接。就是去找我们每台服务器当前链接最少的，当新的请求进来以后就会去访问链接最少的这一台。

10 Nginx + Keepalived高可用

10.1 什么是Keepalived

Keepalived是一个免费开源的，用C编写的类似于layer3, 4 & 7交换机制软件，具备我们平时说的第3层、第4层和第7层交换机的功能。主要提供loadbalancing（负载均衡）和 high-availability（高可用）功能，负载均衡实现需要依赖Linux的虚拟服务内核模块（ipvs），而高可用是通过VRRP协议实现多台机器之间的故障转移服务。

10.2 Keepalived双机主备原理

首先Keepalived可以在主机上产生一个虚拟的ip, 这里叫做vip(v是virtual的意思) 。当用户访问主机时, 虚拟ip会跟这个主机ip绑定，他有心跳机制去检测主机是否宕机，若主机宕机以后虚拟ip会跟备用机绑定，然后就会通过备用机器访问。

Keepalived双机主备

10.3 Keepalived 安装（linux）

keepalived和nginx安装方式差不多，我选用安装包方式安装。

1. 上传压缩包到指定目录下。我的是（/data/soft）使用 tar -zxvf keepalived-2.0.18.tar.gz 解压压缩包。

2 . cd keepalived-2.0.18 进入解压好的文件目录下

./configure --prefix=/data/soft/keepalived --sysconf=/etc 配置一下安装路径为/data/soft ，配置文件的路径是/etc下

执行后出现报错：*** WARNING - this build will not support IPVS with IPv6. Please install libnl/libnl-3 dev libraries to support IPv6 with IPVS.

然后 yum -y install libnl libnl-devel 安装一下。

之后再重新运行 ./configure --prefix=/data/soft/keepalived --sysconf=/etc 就ok 了。

执行完以后跟nginx一样会出现Makefile

3. make && make install 编译和安装里面会有警告信息，不用管就可以了。

4.将keeplived 加入操作系统

cp /data/soft/keepalived-2.0.18/keepalived/etc/init.d/keepalived /etc/init.d/

cp /data/soft/keepalived-2.0.18/keepalived/etc/sysconfig/keepalived /etc/sysconfig/keepalived/

10.4 keepalived.conf配置文件说明

配置文件的位置： /etc/keepalived/keepalived.conf

配置详解

10.5 Keepalived 基本命令

加为系统服务：

cp /data/soft/keepalived-2.0.18/keepalived/etc/init.d/keepalived /etc/init.d/

cp /data/soft/keepalived-2.0.18/keepalived/etc/sysconfig/keepalived /etc/sysconfig/keepalived/ -

启动：systemctl start keeplived.service

停止：systemctl stop keeplived.service

重启：systemctl restart keeplived.service

10.6 keepalived 演示双主备

第一步：创建两台nginx，分别安装nginx和keeplived，其ip配置如下：

虚拟ip:192.168.159.161

nginx01 ip:192.168.167.100 作为master

nginx02 ip:192.168.167.111

nginx01 master主机安装好nginx和keeplived。并且keeplived的配置修改如下图：

主机的keeplived配置

nginx02 backup从机安装好nginx和keeplived。并且keeplived的配置修改如下图：

备用机的keeplived配置

配置好以后分别启动nginx和keeplived

第二步：打开浏览器访问虚拟ip看看当前是哪台nginx在工作。为了方便查看我修改了nginx的index.html加上了本机ip地址。

如下图：我们发现虚拟ip访问的是主机。

master主机

然后我们在主机上执行：systemctl stop keeplived.service 停止主机的keeplived。然后访问看看：

停止master的keeplived

之后刷新浏览器发现现在访问到的是备用机的nginx

backup从机

10.7 keeplived 实现nginx自动重启

首先我们将两台服务器的keeplived都起来，只启动从机的nginx，master主机的nginx我们停掉看看访问浏览器会使什么结果，因为在生产环境中主机的nginx也有可能宕机，那么我们就需要能访问到备用机的nginx。

如图：我们访问虚拟ip发现，无法访问了，说明虚拟ip在主机nginx挂掉后绑定的还是主机，无法访问到从机。

我们查看一下主机的 ip addr 可以看到主机上跟虚拟IP绑定着

主机 ip addr

再看一下从机的 ip addr : 没有出现虚拟ip

从机 ip addr

如果出现上述情况，那么我们就需要对master主机nginx增加心跳检测，如果它宕机了就要自动重启，若是它起不来的话应该把keeplived停止掉，然后使备用机被启用。下面我们用keeplived实现此功能

第一步：在keeplived 配置文件的地方增加nginx重启shell脚本check_nginx.sh

重启ngin脚本

chmod +x /etc/keepalived/check_nginx.sh 为脚本添加权限。

/data/soft/nginx/sbin/nginx -stop 先停止nginx，打开浏览器访问一下主机看nginx是否已经停止。

然后 ./chech_nginx.sh 运行脚本，打开浏览器访问主机nginx看看是否已经启动。

第二步：将nginx重启脚本添加到keeplived配置文件中实现定时运行

keepalived配置定时运行nginx检查脚本

第三步：重启keepalived然后运行测试

systemctl restart keepalived --重启keepalived

/data/soft/nginx/sbin/nginx -s stop --停止nginx

当我们停止nginx后他会自动将nginx启动起来！

10 LVS实现负载均衡

参考原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_40470303/article/details/80541639

LVS（Linux Virtual Server）即Linux虚拟服务器，是由章文嵩博士主导的开源负载均衡项目，目前LVS已经被集成到Linux内核模块中。该项目在Linux内核中实现了基于IP的数据请求负载均衡调度方案，其体系结构如下图所示，终端互联网用户从外部访问公司的外部负载均衡服务器，终端用户的Web请求会发送给LVS调度器，调度器根据自己预设的算法决定将该请求发送给后端的某台Web服务器，比如，轮询算法可以将外部的请求平均分发给后端的所有服务器，终端用户访问LVS调度器虽然会被转发到后端真实的服务器，但如果真实服务器连接的是相同的存储，提供的服务也是相同的服务，最终用户不管是访问哪台真实服务器，得到的服务内容都是一样的，整个集群对用户而言都是透明的。最后根据LVS工作模式的不同，真实服务器会选择不同的方式将用户需要的数据发送到终端用户，LVS工作模式分为NAT模式、TUN模式、以及DR模式。

另外:LVS实现的是基于四层的负载均衡，基于ip和端口的请求转发。

LVS网络拓扑图

10.1 NAT模式

NAT（Network Address Translation）即网络地址转换，其作用是通过数据报头的修改，使得位于企业内部的私有IP地址可以访问外网，以及外部用用户可以访问位于公司内部的私有IP主机。VS/NAT工作模式拓扑结构如下图所示，LVS负载调度器可以使用两块网卡配置不同的IP地址，eth0设置为私钥IP与内部网络通过交换设备相互连接，eth1设备为外网IP与外部网络联通。

第一步，用户通过互联网DNS服务器解析到公司负载均衡设备上面的外网地址，相对于真实服务器而言，LVS外网IP又称VIP（Virtual IP Address）虚拟IP，用户通过访问虚拟IP，即可连接后端的真实服务器（Real Server），而这一切对用户而言都是透明的，用户以为自己访问的就是真实服务器，但他并不知道自己访问的VIP仅仅是一个调度器，也不清楚后端的真实服务器到底在哪里、有多少真实服务器。

第二步，用户将请求发送至192.168.1.150，此时LVS将根据预设的算法选择后端的一台真实服务器（192.168.1.1~192.168.1.3），将数据请求包转发给真实服务器，并且在转发之前LVS会修改数据包中的目标地址以及目标端口，目标地址与目标端口将被修改为选出的真实服务器IP地址以及相应的端口。

第三步，真实的服务器将响应数据包返回给LVS调度器，调度器在得到响应的数据包后会将源地址和源端口修改为VIP及调度器相应的端口，修改完成后，由调度器将响应数据包发送回终端用户，另外，由于LVS调度器有一个连接Hash表，该表中会记录连接请求及转发信息，当同一个连接的下一个数据包发送给调度器时，从该Hash表中可以直接找到之前的连接记录，并根据记录信息选出相同的真实服务器及端口信息。

NAT模式

10.2 TNU模式

在LVS（NAT）模式的集群环境中，由于所有的数据请求及响应的数据包都需要经过LVS调度器转发，如果后端服务器的数量大于10台，则调度器就会成为整个集群环境的瓶颈。我们知道，数据请求包往往远小于响应数据包的大小。因为响应数据包中包含有客户需要的具体数据，所以LVS（TUN）的思路就是将请求与响应数据分离，让调度器仅处理数据请求，而让真实服务器响应数据包直接返回给客户端。VS/TUN工作模式拓扑结构如下图所示。其中，IP隧道（IP tunning）是一种数据包封装技术，它可以将原始数据包封装并添加新的包头（内容包括新的源地址及端口、目标地址及端口），从而实现将一个目标为调度器的VIP地址的数据包封装，通过隧道转发给后端的真实服务器（Real Server），通过将客户端发往调度器的原始数据包封装，并在其基础上添加新的数据包头（修改目标地址为调度器选择出来的真实服务器的IP地址及对应端口），LVS（TUN）模式要求真实服务器可以直接与外部网络连接，真实服务器在收到请求数据包后直接给客户端主机响应数据。

TNU模式

10.3 基于DR模式的LVS负载均衡

在LVS（TUN）模式下，由于需要在LVS调度器与真实服务器之间创建隧道连接，这同样会增加服务器的负担。与LVS（TUN）类似，DR模式也叫直接路由模式，其体系结构如图4所示，该模式中LVS依然仅承担数据的入站请求以及根据算法选出合理的真实服务器，最终由后端真实服务器负责将响应数据包发送返回给客户端。与隧道模式不同的是，直接路由模式（DR模式）要求调度器与后端服务器必须在同一个局域网内，VIP地址需要在调度器与后端所有的服务器间共享，因为最终的真实服务器给客户端回应数据包时需要设置源IP为VIP地址（192.168.1.150），目标IP为客户端IP，这样客户端访问的是调度器的VIP地址，回应的源地址也依然是该VIP地址（真实服务器上的VIP），客户端是感觉不到后端服务器存在的。由于多台计算机都设置了同样一个VIP地址，所以在直接路由模式中要求调度器的VIP地址是对外可见的，客户端需要将请求数据包发送到调度器主机，而所有的真实服务器的VIP地址必须配置在Non-ARP的网络设备上，也就是该网络设备并不会向外广播自己的MAC及对应的IP地址，真实服务器的VIP对外界是不可见的，但真实服务器却可以接受目标地址VIP的网络请求，并在回应数据包时将源地址设置为该VIP地址。调度器根据算法在选出真实服务器后，在不修改数据报文的情况下，将数据帧的MAC地址修改为选出的真实服务器的MAC地址，通过交换机将该数据帧发给真实服务器。整个过程中，真实服务器的VIP不需要对外界可见。