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Nginx概念深入淺出

Android編程精選 ? 來源:Android編程精選 ? 2023-05-23 10:33 ? 次閱讀

早期的業務都是基于單體節點部署,由于前期訪問流量不大,因此單體結構也可滿足需求,但隨著業務增長,流量也越來越大,那么最終單臺服務器受到的訪問壓力也會逐步增高。時間一長,單臺服務器性能無法跟上業務增長,就會造成線上頻繁宕機的現象發生,最終導致系統癱瘓無法繼續處理用戶的請求。

從上面的描述中,主要存在兩個問題:①單體結構的部署方式無法承載日益增長的業務流量。②當后端節點宕機后,整個系統會陷入癱瘓,導致整個項目不可用。

因此在這種背景下,引入負載均衡技術可帶來的收益:

「系統的高可用:」 當某個節點宕機后可以迅速將流量轉移至其他節點。

「系統的高性能:」 多臺服務器共同對外提供服務,為整個系統提供了更高規模的吞吐。

「系統的拓展性:」 當業務再次出現增長或萎靡時,可再加入/減少節點,靈活伸縮。

OK~,既然引入負載均衡技術可給我們帶來如此巨大的好處,那么又有那些方案可供選擇呢?主要有兩種負載方案,「「硬件層面與軟件層面」」 ,比較常用的硬件負載器有A10、F5等,但這些機器動輒大幾萬乃至幾十萬的成本,因此一般大型企業會采用該方案,如銀行、國企、央企等。而成本有限,但依舊想做負載均衡的項目,那么可在軟件層面實現,如典型的Nginx等,軟件層的負載也是本文的重點,畢竟Boss們的準則之一就是:「「能靠技術實現的就盡量不花錢?!埂?/strong>

當然,如果你認為本文對你而言有幫助,記得點贊、收藏、關注三連噢!

一、性能怪獸-Nginx概念深入淺出

Nginx是目前負載均衡技術中的主流方案,幾乎絕大部分項目都會使用它,Nginx是一個輕量級的高性能HTTP反向代理服務器,同時它也是一個通用類型的代理服務器,支持絕大部分協議,如TCP、UDP、SMTP、HTTPS等。

Nginx與Redis相同,都是基于多路復用模型構建出的產物,因此它與Redis同樣具備 「「資源占用少、并發支持高」」 的特點,在理論上單節點的Nginx同時支持5W并發連接,而實際生產環境中,硬件基礎到位再結合簡單調優后確實能達到該數值。

先來看看Nginx引入前后,客戶端請求處理流程的對比:

36ebc9c8-f8db-11ed-90ce-dac502259ad0.jpg

原本客戶端是直接請求目標服務器,由目標服務器直接完成請求處理工作,但加入Nginx后,所有的請求會先經過Nginx,再由其進行分發到具體的服務器處理,處理完成后再返回Nginx,最后由Nginx將最終的響應結果返回給客戶端。

了解了Nginx的基本概念后,再來快速搭建一下環境,以及了解一些Nginx的高級特性,如動靜分離、資源壓縮、緩存配置、IP黑名單、高可用保障等。

二、Nginx環境搭建

?首先創建Nginx的目錄并進入:

[root@localhost]#mkdir/soft&&mkdir/soft/nginx/
[root@localhost]#cd/soft/nginx/

?下載Nginx的安裝包,可以通過FTP工具上傳離線環境包,也可通過wget命令在線獲取安裝包:

[root@localhost]#wgethttps://nginx.org/download/nginx-1.21.6.tar.gz

沒有wget命令的可通過yum命令安裝:

[root@localhost]#yum-yinstallwget

?解壓Nginx的壓縮包:

[root@localhost]#tar-xvzfnginx-1.21.6.tar.gz

?下載并安裝Nginx所需的依賴庫和包:

[root@localhost]#yuminstall--downloadonly--downloaddir=/soft/nginx/gcc-c++
[root@localhost]#yuminstall--downloadonly--downloaddir=/soft/nginx/pcrepcre-devel4
[root@localhost]#yuminstall--downloadonly--downloaddir=/soft/nginx/zlibzlib-devel
[root@localhost]#yuminstall--downloadonly--downloaddir=/soft/nginx/opensslopenssl-devel

也可以通過yum命令一鍵下載(推薦上面哪種方式):

[root@localhost]#yum-yinstallgcczlibzlib-develpcre-developensslopenssl-devel

執行完成后,然后ls查看目錄文件,會看一大堆依賴:

36ffd1de-f8db-11ed-90ce-dac502259ad0.jpg

緊接著通過rpm命令依次將依賴包一個個構建,或者通過如下指令一鍵安裝所有依賴包:

[root@localhost]#rpm-ivh--nodeps*.rpm

?進入解壓后的nginx目錄,然后執行Nginx的配置腳本,為后續的安裝提前配置好環境,默認位于/usr/local/nginx/目錄下(可自定義目錄):

[root@localhost]#cdnginx-1.21.6
[root@localhost]#./configure--prefix=/soft/nginx/

?編譯并安裝Nginx:

[root@localhost]#make&&makeinstall

?最后回到前面的/soft/nginx/目錄,輸入ls即可看見安裝nginx完成后生成的文件。

?修改安裝后生成的conf目錄下的nginx.conf配置文件:

[root@localhost]#viconf/nginx.conf
修改端口號:listen  80;
修改IP地址:server_name 你當前機器的本地IP(線上配置域名);

?制定配置文件并啟動Nginx:

[root@localhost]#sbin/nginx-cconf/nginx.conf
[root@localhost]#psaux|grepnginx

Nginx其他操作命令:

sbin/nginx-t-cconf/nginx.conf#檢測配置文件是否正常
sbin/nginx-sreload-cconf/nginx.conf#修改配置后平滑重啟
sbin/nginx-squit#優雅關閉Nginx,會在執行完當前的任務后再退出
sbin/nginx-sstop#強制終止Nginx,不管當前是否有任務在執行

?開放80端口,并更新防火墻:

[root@localhost]#firewall-cmd--zone=public--add-port=80/tcp--permanent
[root@localhost]#firewall-cmd--reload
[root@localhost]#firewall-cmd--zone=public--list-ports

?在Windows/Mac的瀏覽器中,直接輸入剛剛配置的IP地址訪問Nginx:

最終看到如上的Nginx歡迎界面,代表Nginx安裝完成。

三、Nginx反向代理-負載均衡

首先通過SpringBoot+Freemarker快速搭建一個WEB項目:springboot-web-nginx,然后在該項目中,創建一個IndexNginxController.java文件,邏輯如下:

@Controller
publicclassIndexNginxController{
@Value("${server.port}")
privateStringport;

@RequestMapping("/")
publicModelAndViewindex(){
ModelAndViewmodel=newModelAndView();
model.addObject("port",port);
model.setViewName("index");
returnmodel;
}
}

在該Controller類中,存在一個成員變量:port,它的值即是從application.properties配置文件中獲取server.port值。當出現訪問/資源的請求時,跳轉前端index頁面,并將該值攜帶返回。

前端的index.ftl文件代碼如下:



Nginx演示頁面





歡迎來到熊貓高級會所,我是竹子${port}號!

從上可以看出其邏輯并不復雜,僅是從響應中獲取了port輸出。

OK~,前提工作準備就緒后,再簡單修改一下nginx.conf的配置即可:

upstream nginx_boot{  
   # 30s內檢查心跳發送兩次包,未回復就代表該機器宕機,請求分發權重比為1:2  
   server 192.168.0.000:8080 weight=100 max_fails=2 fail_timeout=30s;   
   server 192.168.0.000:8090 weight=200 max_fails=2 fail_timeout=30s;  
   # 這里的IP請配置成你WEB服務所在的機器IP  
}  
  
server {  
    location / {  
        root   html;  
        # 配置一下index的地址,最后加上index.ftl。
        index  index.html index.htm index.jsp index.ftl;  
        proxy_set_header Host $host;  
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;  
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;  
        # 請求交給名為nginx_boot的upstream上  
        proxy_pass http://nginx_boot;  
    }  
}

至此,所有的前提工作準備就緒,緊接著再啟動Nginx,然后再啟動兩個web服務,第一個WEB服務啟動時,在application.properties配置文件中,將端口號改為8080,第二個WEB服務啟動時,將其端口號改為8090。

最終來看看效果:

37164a5e-f8db-11ed-90ce-dac502259ad0.gif

因為配置了請求分發的權重,8080、8090的權重比為2:1,因此請求會根據權重比均攤到每臺機器,也就是8080一次、8090兩次、8080一次......

Nginx請求分發原理

客戶端發出的請求192.168.12.129最終會轉變為:http://192.168.12.129:80/,然后再向目標IP發起請求,流程如下:

37451e1a-f8db-11ed-90ce-dac502259ad0.jpg

由于Nginx監聽了192.168.12.129的80端口,所以最終該請求會找到Nginx進程;

Nginx首先會根據配置的location規則進行匹配,根據客戶端的請求路徑/,會定位到location /{}規則;

然后根據該location中配置的proxy_pass會再找到名為nginx_boot的upstream;

最后根據upstream中的配置信息,將請求轉發到運行WEB服務的機器處理,由于配置了多個WEB服務,且配置了權重值,因此Nginx會依次根據權重比分發請求。

四、Nginx動靜分離

動靜分離應該是聽的次數較多的性能優化方案,那先思考一個問題:「「為什么需要做動靜分離呢?它帶來的好處是什么?」」 其實這個問題也并不難回答,當你搞懂了網站的本質后,自然就理解了動靜分離的重要性。先來以淘寶為例分析看看:

375ca6de-f8db-11ed-90ce-dac502259ad0.jpg

當瀏覽器輸入www.taobao.com訪問淘寶首頁時,打開開發者調試工具可以很明顯的看到,首頁加載會出現100+的請求數,而正常項目開發時,靜態資源一般會放入到resources/static/目錄下:

37790202-f8db-11ed-90ce-dac502259ad0.jpg

在項目上線部署時,這些靜態資源會一起打成包,那此時思考一個問題:「「假設淘寶也是這樣干的,那么首頁加載時的請求最終會去到哪兒被處理?」」 答案毋庸置疑,首頁100+的所有請求都會來到部署WEB服務的機器處理,那則代表著一個客戶端請求淘寶首頁,就會對后端服務器造成100+的并發請求。毫無疑問,這對于后端服務器的壓力是尤為巨大的。

但此時不妨分析看看,首頁100+的請求中,是不是至少有60+是屬于*.js、*.css、*.html、*.jpg.....這類靜態資源的請求呢?答案是Yes。

既然有這么多請求屬于靜態的,這些資源大概率情況下,長時間也不會出現變動,那為何還要讓這些請求到后端再處理呢?能不能在此之前就提前處理掉?當然OK,因此經過分析之后能夠明確一點:「「做了動靜分離之后,至少能夠讓后端服務減少一半以上的并發量?!埂?/strong> 到此時大家應該明白了動靜分離能夠帶來的性能收益究竟有多大。

OK~,搞清楚動靜分離的必要性之后,如何實現動靜分離呢?其實非常簡單,實戰看看。

①先在部署Nginx的機器,Nginx目錄下創建一個目錄static_resources:

mkdirstatic_resources

②將項目中所有的靜態資源全部拷貝到該目錄下,而后將項目中的靜態資源移除重新打包。

③稍微修改一下nginx.conf的配置,增加一條location匹配規則:

location ~ .*.(html|htm|gif|jpg|jpeg|bmp|png|ico|txt|js|css){  
    root   /soft/nginx/static_resources;  
    expires 7d;  
}

然后照常啟動nginx和移除了靜態資源的WEB服務,你會發現原本的樣式、js效果、圖片等依舊有效,如下:

37904ba6-f8db-11ed-90ce-dac502259ad0.jpg

其中static目錄下的nginx_style.css文件已被移除,但效果依舊存在(綠色字體+藍色大邊框):

37b49d62-f8db-11ed-90ce-dac502259ad0.jpg37c605fc-f8db-11ed-90ce-dac502259ad0.png

最后解讀一下那條location規則:

location~.*.(html|htm|gif|jpg|jpeg|bmp|png|ico|txt|js|css)

~代表匹配時區分大小寫

.*代表任意字符都可以出現零次或多次,即資源名不限制

.代表匹配后綴分隔符.

(html|...|css)代表匹配括號里所有靜態資源類型

綜上所述,簡單一句話概述:該配置表示匹配以.html~.css為后綴的所有資源請求。

「最后提一嘴,也可以將靜態資源上傳到文件服務器中,然后location中配置一個新的upstream指向。」

五、Nginx資源壓縮

建立在動靜分離的基礎之上,如果一個靜態資源的Size越小,那么自然傳輸速度會更快,同時也會更節省帶寬,因此我們在部署項目時,也可以通過Nginx對于靜態資源實現壓縮傳輸,一方面可以節省帶寬資源,第二方面也可以加快響應速度并提升系統整體吞吐。

在Nginx也提供了三個支持資源壓縮的模塊ngx_http_gzip_module、ngx_http_gzip_static_module、ngx_http_gunzip_module,其中ngx_http_gzip_module屬于內置模塊,代表著可以直接使用該模塊下的一些壓縮指令,后續的資源壓縮操作都基于該模塊,先來看看壓縮配置的一些參數/指令:

37e779d0-f8db-11ed-90ce-dac502259ad0.png

了解了Nginx中的基本壓縮配置后,接下來可以在Nginx中簡單配置一下:

http{
    # 開啟壓縮機制
    gzip on;
    # 指定會被壓縮的文件類型(也可自己配置其他類型)
    gzip_types text/plain application/javascript text/css application/xml text/javascript image/jpeg image/gif image/png;
    # 設置壓縮級別,越高資源消耗越大,但壓縮效果越好
    gzip_comp_level 5;
    # 在頭部中添加Vary: Accept-Encoding(建議開啟)
    gzip_vary on;
    # 處理壓縮請求的緩沖區數量和大小
    gzip_buffers 16 8k;
    # 對于不支持壓縮功能的客戶端請求不開啟壓縮機制
    gzip_disable "MSIE [1-6]."; # 低版本的IE瀏覽器不支持壓縮
    # 設置壓縮響應所支持的HTTP最低版本
    gzip_http_version 1.1;
    # 設置觸發壓縮的最小閾值
    gzip_min_length 2k;
    # 關閉對后端服務器的響應結果進行壓縮
    gzip_proxied off;
}

在上述的壓縮配置中,最后一個gzip_proxied選項,可以根據系統的實際情況決定,總共存在多種選項:

off:關閉Nginx對后臺服務器的響應結果進行壓縮。

expired:如果響應頭中包含Expires信息,則開啟壓縮。

no-cache:如果響應頭中包含Cache-Control:no-cache信息,則開啟壓縮。

no-store:如果響應頭中包含Cache-Control:no-store信息,則開啟壓縮。

private:如果響應頭中包含Cache-Control:private信息,則開啟壓縮。

no_last_modified:如果響應頭中不包含Last-Modified信息,則開啟壓縮。

no_etag:如果響應頭中不包含ETag信息,則開啟壓縮。

auth:如果響應頭中包含Authorization信息,則開啟壓縮。

any:無條件對后端的響應結果開啟壓縮機制。

OK~,簡單修改好了Nginx的壓縮配置后,可以在原本的index頁面中引入一個http://m.1cnz.cn/images/chaijie_default.png文件:


分別來對比下壓縮前后的區別:

3801dcd0-f8db-11ed-90ce-dac502259ad0.png

從圖中可以很明顯看出,未開啟壓縮機制前訪問時,js文件的原始大小為230K,當配置好壓縮后再重啟Nginx,會發現文件大小從230KB→69KB,效果立竿見影!

注意點:①對于圖片、視頻類型的數據,會默認開啟壓縮機制,因此一般無需再次開啟壓縮。②對于.js文件而言,需要指定壓縮類型為application/javascript,而并非text/javascript、application/x-javascript。

六、Nginx緩沖區

先來思考一個問題,接入Nginx的項目一般請求流程為:“客戶端→Nginx→服務端”,在這個過程中存在兩個連接:“客戶端→Nginx、Nginx→服務端”,那么兩個不同的連接速度不一致,就會影響用戶的體驗(比如瀏覽器的加載速度跟不上服務端的響應速度)。

其實也就類似電腦的內存跟不上CPU速度,所以對于用戶造成的體驗感極差,因此在CPU設計時都會加入三級高速緩沖區,用于緩解CPU和內存速率不一致的矛盾。在Nginx也同樣存在緩沖區的機制,主要目的就在于:「「用來解決兩個連接之間速度不匹配造成的問題」」 ,有了緩沖后,Nginx代理可暫存后端的響應,然后按需供給數據給客戶端。先來看看一些關于緩沖區的配置項:

proxy_buffering:是否啟用緩沖機制,默認為on關閉狀態。

client_body_buffer_size:設置緩沖客戶端請求數據的內存大小。

proxy_buffers:為每個請求/連接設置緩沖區的數量和大小,默認4 4k/8k。

proxy_buffer_size:設置用于存儲響應頭的緩沖區大小。

proxy_busy_buffers_size:在后端數據沒有完全接收完成時,Nginx可以將busy狀態的緩沖返回給客戶端,該參數用來設置busy狀態的buffer具體有多大,默認為proxy_buffer_size*2。

proxy_temp_path:當內存緩沖區存滿時,可以將數據臨時存放到磁盤,該參數是設置存儲緩沖數據的目錄。

path是臨時目錄的路徑。

語法:proxy_temp_path path; path是臨時目錄的路徑

proxy_temp_file_write_size:設置每次寫數據到臨時文件的大小限制。

proxy_max_temp_file_size:設置臨時的緩沖目錄中允許存儲的最大容量。

非緩沖參數項:

proxy_connect_timeout:設置與后端服務器建立連接時的超時時間。

proxy_read_timeout:設置從后端服務器讀取響應數據的超時時間。

proxy_send_timeout:設置向后端服務器傳輸請求數據的超時時間。

具體的nginx.conf配置如下:

http{  
    proxy_connect_timeout 10;  
    proxy_read_timeout 120;  
    proxy_send_timeout 10;  
    proxy_buffering on;  
    client_body_buffer_size 512k;  
    proxy_buffers 4 64k;  
    proxy_buffer_size 16k;  
    proxy_busy_buffers_size 128k;  
    proxy_temp_file_write_size 128k;  
    proxy_temp_path /soft/nginx/temp_buffer;  
}

上述的緩沖區參數,是基于每個請求分配的空間,而并不是所有請求的共享空間。當然,具體的參數值還需要根據業務去決定,要綜合考慮機器的內存以及每個請求的平均數據大小。

最后提一嘴:使用緩沖也可以減少即時傳輸帶來的帶寬消耗。

七、Nginx緩存機制

對于性能優化而言,緩存是一種能夠大幅度提升性能的方案,因此幾乎可以在各處都能看見緩存,如客戶端緩存、代理緩存、服務器緩存等等,Nginx的緩存則屬于代理緩存的一種。對于整個系統而言,加入緩存帶來的優勢額外明顯:

減少了再次向后端或文件服務器請求資源的帶寬消耗。

降低了下游服務器的訪問壓力,提升系統整體吞吐。

縮短了響應時間,提升了加載速度,打開頁面的速度更快。

那么在Nginx中,又該如何配置代理緩存呢?先來看看緩存相關的配置項:

「proxy_cache_path」:代理緩存的路徑。

語法:

proxy_cache_pathpath[levels=levels][use_temp_path=on|off]keys_zone=name:size[inactive=time][max_size=size][manager_files=number][manager_sleep=time][manager_threshold=time][loader_files=number][loader_sleep=time][loader_threshold=time][purger=on|off][purger_files=number][purger_sleep=time][purger_threshold=time];

是的,你沒有看錯,就是這么長....,解釋一下每個參數項的含義:

path:緩存的路徑地址。

levels:緩存存儲的層次結構,最多允許三層目錄。

use_temp_path:是否使用臨時目錄。

keys_zone:指定一個共享內存空間來存儲熱點Key(1M可存儲8000個Key)。

inactive:設置緩存多長時間未被訪問后刪除(默認是十分鐘)。

max_size:允許緩存的最大存儲空間,超出后會基于LRU算法移除緩存,Nginx會創建一個Cache manager的進程移除數據,也可以通過purge方式。

manager_files:manager進程每次移除緩存文件數量的上限。

manager_sleep:manager進程每次移除緩存文件的時間上限。

manager_threshold:manager進程每次移除緩存后的間隔時間。

loader_files:重啟Nginx載入緩存時,每次加載的個數,默認100。

loader_sleep:每次載入時,允許的最大時間上限,默認200ms。

loader_threshold:一次載入后,停頓的時間間隔,默認50ms。

purger:是否開啟purge方式移除數據。

purger_files:每次移除緩存文件時的數量。

purger_sleep:每次移除時,允許消耗的最大時間。

purger_threshold:每次移除完成后,停頓的間隔時間。

「proxy_cache」:開啟或關閉代理緩存,開啟時需要指定一個共享內存區域。

語法:

proxy_cachezone|off;

zone為內存區域的名稱,即上面中keys_zone設置的名稱。

「proxy_cache_key」:定義如何生成緩存的鍵。

語法:

proxy_cache_keystring;

string為生成Key的規則,如$scheme$proxy_host$request_uri。

「proxy_cache_valid」:緩存生效的狀態碼與過期時間。

語法:

proxy_cache_valid[code...]time;

code為狀態碼,time為有效時間,可以根據狀態碼設置不同的緩存時間。

例如:proxy_cache_valid 200 302 30m;

「proxy_cache_min_uses」:設置資源被請求多少次后被緩存。

語法:

proxy_cache_min_usesnumber;

number為次數,默認為1。

「proxy_cache_use_stale」:當后端出現異常時,是否允許Nginx返回緩存作為響應。

語法:

proxy_cache_use_staleerror;

error為錯誤類型,可配置timeout|invalid_header|updating|http_500...。

「proxy_cache_lock」:對于相同的請求,是否開啟鎖機制,只允許一個請求發往后端。

語法:

proxy_cache_lockon|off;

「proxy_cache_lock_timeout」:配置鎖超時機制,超出規定時間后會釋放請求。

proxy_cache_lock_timeouttime;

「proxy_cache_methods」:設置對于那些HTTP方法開啟緩存。

語法:

proxy_cache_methodsmethod;

method為請求方法類型,如GET、HEAD等。

「proxy_no_cache」:定義不存儲緩存的條件,符合時不會保存。

語法:

proxy_no_cachestring...;

string為條件,例如$cookie_nocache $arg_nocache $arg_comment;

「proxy_cache_bypass」:定義不讀取緩存的條件,符合時不會從緩存中讀取。

語法:

proxy_cache_bypassstring...;

和上面proxy_no_cache的配置方法類似。

「add_header」:往響應頭中添加字段信息。

語法:

add_headerfieldNamefieldValue;

「$upstream_cache_status」:記錄了緩存是否命中的信息,存在多種情況:

MISS:請求未命中緩存。

HIT:請求命中緩存。

EXPIRED:請求命中緩存但緩存已過期。

STALE:請求命中了陳舊緩存。

REVALIDDATED:Nginx驗證陳舊緩存依然有效。

UPDATING:命中的緩存內容陳舊,但正在更新緩存。

BYPASS:響應結果是從原始服務器獲取的。

PS:這個和之前的不同,之前的都是參數項,這個是一個Nginx內置變量。

OK~,對于Nginx中的緩存配置項大概了解后,接著來配置一下Nginx代理緩存:

http{  
    # 設置緩存的目錄,并且內存中緩存區名為hot_cache,大小為128m,  
    # 三天未被訪問過的緩存自動清楚,磁盤中緩存的最大容量為2GB。
    proxy_cache_path /soft/nginx/cache levels=1:2 keys_zone=hot_cache:128m inactive=3d max_size=2g;  
      
    server{  
        location / {  
            # 使用名為nginx_cache的緩存空間  
            proxy_cache hot_cache;  
            # 對于200、206、304、301、302狀態碼的數據緩存1天  
            proxy_cache_valid 200 206 304 301 302 1d;  
            # 對于其他狀態的數據緩存30分鐘  
            proxy_cache_valid any 30m;  
            # 定義生成緩存鍵的規則(請求的url+參數作為key)  
            proxy_cache_key $host$uri$is_args$args;  
            # 資源至少被重復訪問三次后再加入緩存  
            proxy_cache_min_uses 3;  
            # 出現重復請求時,只讓一個去后端讀數據,其他的從緩存中讀取  
            proxy_cache_lock on;  
            # 上面的鎖超時時間為3s,超過3s未獲取數據,其他請求直接去后端  
            proxy_cache_lock_timeout 3s;  
            # 對于請求參數或cookie中聲明了不緩存的數據,不再加入緩存  
            proxy_no_cache $cookie_nocache $arg_nocache $arg_comment;  
            # 在響應頭中添加一個緩存是否命中的狀態(便于調試)  
            add_header Cache-status $upstream_cache_status;  
        }  
    }  
}

接著來看一下效果,如下:

381d38ea-f8db-11ed-90ce-dac502259ad0.png

第一次訪問時,因為還沒有請求過資源,所以緩存中沒有數據,因此沒有命中緩存。第二、三次,依舊沒有命中緩存,直至第四次時才顯示命中,這是為什么呢?因為在前面的緩存配置中,我們配置了加入緩存的最低條件為:「「資源至少要被請求三次以上才會加入緩存?!埂?/strong> 這樣可以避免很多無效緩存占用空間。

緩存清理

當緩存過多時,如果不及時清理會導致磁盤空間被“吃光”,因此我們需要一套完善的緩存清理機制去刪除緩存,在之前的proxy_cache_path參數中有purger相關的選項,開啟后可以幫我們自動清理緩存,但遺憾的是:**purger系列參數只有商業版的NginxPlus才能使用,因此需要付費才可使用。**

不過天無絕人之路,我們可以通過強大的第三方模塊ngx_cache_purge來替代,先來安裝一下該插件:①首先去到Nginx的安裝目錄下,創建一個cache_purge目錄:

[root@localhost]#mkdircache_purge&&cdcache_purge

②通過wget指令從github上拉取安裝包的壓縮文件并解壓:

[root@localhost]#wgethttps://github.com/FRiCKLE/ngx_cache_purge/archive/2.3.tar.gz
[root@localhost]#tar-xvzf2.3.tar.gz

③再次去到之前Nginx的解壓目錄下:

[root@localhost]#cd/soft/nginx/nginx1.21.6

④重新構建一次Nginx,通過--add-module的指令添加剛剛的第三方模塊:

[root@localhost]#./configure--prefix=/soft/nginx/--add-module=/soft/nginx/cache_purge/ngx_cache_purge-2.3/

⑤重新根據剛剛構建的Nginx,再次編譯一下,「但切記不要make install」

[root@localhost]#make

⑥刪除之前Nginx的啟動文件,不放心的也可以移動到其他位置:

[root@localhost]#rm-rf/soft/nginx/sbin/nginx

⑦從生成的objs目錄中,重新復制一個Nginx的啟動文件到原來的位置:

[root@localhost]#cpobjs/nginx/soft/nginx/sbin/nginx

至此,第三方緩存清除模塊ngx_cache_purge就安裝完成了,接下來稍微修改一下nginx.conf配置,再添加一條location規則:

location~/purge(/.*){
#配置可以執行清除操作的IP(線上可以配置成內網機器)
#allow127.0.0.1;#代表本機
allowall;#代表允許任意IP清除緩存
proxy_cache_purge$host$1$is_args$args;
}

然后再重啟Nginx,接下來即可通過http://xxx/purge/xx的方式清除緩存。

八、Nginx實現IP黑白名單

有時候往往有些需求,可能某些接口只能開放給對應的合作商,或者購買/接入API的合作伙伴,那么此時就需要實現類似于IP白名單的功能。而有時候有些惡意攻擊者或爬蟲程序,被識別后需要禁止其再次訪問網站,因此也需要實現IP黑名單。那么這些功能無需交由后端實現,可直接在Nginx中處理。

Nginx做黑白名單機制,主要是通過allow、deny配置項來實現:

allowxxx.xxx.xxx.xxx;#允許指定的IP訪問,可以用于實現白名單。
denyxxx.xxx.xxx.xxx;#禁止指定的IP訪問,可以用于實現黑名單。

要同時屏蔽/開放多個IP訪問時,如果所有IP全部寫在nginx.conf文件中定然是不顯示的,這種方式比較冗余,那么可以新建兩個文件BlocksIP.conf、WhiteIP.conf:

#--------黑名單:BlocksIP.conf---------
deny192.177.12.222;#屏蔽192.177.12.222訪問
deny192.177.44.201;#屏蔽192.177.44.201訪問
deny127.0.0.0/8;#屏蔽127.0.0.1到127.255.255.254網段中的所有IP訪問

#--------白名單:WhiteIP.conf---------
allow192.177.12.222;#允許192.177.12.222訪問
allow192.177.44.201;#允許192.177.44.201訪問
allow127.45.0.0/16;#允許127.45.0.1到127.45.255.254網段中的所有IP訪問
denyall;#除開上述IP外,其他IP全部禁止訪問

分別將要禁止/開放的IP添加到對應的文件后,可以再將這兩個文件在nginx.conf中導入:

http{  
    # 屏蔽該文件中的所有IP  
    include /soft/nginx/IP/BlocksIP.conf;   
 server{  
    location xxx {  
        # 某一系列接口只開放給白名單中的IP  
        include /soft/nginx/IP/blockip.conf;   
    }  
 }  
}

對于文件具體在哪兒導入,這個也并非隨意的,如果要整站屏蔽/開放就在http中導入,如果只需要一個域名下屏蔽/開放就在sever中導入,如果只需要針對于某一系列接口屏蔽/開放IP,那么就在location中導入。

當然,上述只是最簡單的IP黑/白名單實現方式,同時也可以通過ngx_http_geo_module、ngx_http_geo_module第三方庫去實現(這種方式可以按地區、國家進行屏蔽,并且提供了IP庫)。

九、Nginx跨域配置

跨域問題在之前的單體架構開發中,其實是比較少見的問題,除非是需要接入第三方SDK時,才需要處理此問題。但隨著現在前后端分離、分布式架構的流行,跨域問題也成為了每個Java開發必須要懂得解決的一個問題。

跨域問題產生的原因

產生跨域問題的主要原因就在于 「同源策略」 ,為了保證用戶信息安全,防止惡意網站竊取數據,同源策略是必須的,否則cookie可以共享。由于http無狀態協議通常會借助cookie來實現有狀態的信息記錄,例如用戶的身份/密碼等,因此一旦cookie被共享,那么會導致用戶的身份信息被盜取。

同源策略主要是指三點相同,「「協議+域名+端口」」 相同的兩個請求,則可以被看做是同源的,但如果其中任意一點存在不同,則代表是兩個不同源的請求,同源策略會限制了不同源之間的資源交互。

Nginx解決跨域問題

弄明白了跨域問題的產生原因,接下來看看Nginx中又該如何解決跨域呢?其實比較簡單,在nginx.conf中稍微添加一點配置即可:

location / {  
    # 允許跨域的請求,可以自定義變量$http_origin,*表示所有  
    add_header 'Access-Control-Allow-Origin' *;  
    # 允許攜帶cookie請求  
    add_header 'Access-Control-Allow-Credentials' 'true';  
    # 允許跨域請求的方法:GET,POST,OPTIONS,PUT  
    add_header 'Access-Control-Allow-Methods' 'GET,POST,OPTIONS,PUT';  
    # 允許請求時攜帶的頭部信息,*表示所有  
    add_header 'Access-Control-Allow-Headers' *;  
    # 允許發送按段獲取資源的請求  
    add_header 'Access-Control-Expose-Headers' 'Content-Length,Content-Range';  
    # 一定要有?。?!否則Post請求無法進行跨域!
    # 在發送Post跨域請求前,會以Options方式發送預檢請求,服務器接受時才會正式請求  
    if ($request_method = 'OPTIONS') {  
        add_header 'Access-Control-Max-Age' 1728000;  
        add_header 'Content-Type' 'text/plain; charset=utf-8';  
        add_header 'Content-Length' 0;  
        # 對于Options方式的請求返回204,表示接受跨域請求  
        return 204;  
    }  
}

在nginx.conf文件加上如上配置后,跨域請求即可生效了。

但如果后端是采用分布式架構開發的,有時候RPC調用也需要解決跨域問題,不然也同樣會出現無法跨域請求的異常,因此可以在你的后端項目中,通過繼承HandlerInterceptorAdapter類、實現WebMvcConfigurer接口、添加@CrossOrgin注解的方式實現接口之間的跨域配置。

十、Nginx防盜鏈設計

首先了解一下何謂盜鏈:「「盜鏈即是指外部網站引入當前網站的資源對外展示」」 ,來舉個簡單的例子理解:

好比壁紙網站X站、Y站,X站是一點點去購買版權、簽約作者的方式,從而積累了海量的壁紙素材,但Y站由于資金等各方面的原因,就直接通過這種方式照搬了X站的所有壁紙資源,繼而提供給用戶下載。

那么如果我們自己是這個X站的Boss,心中必然不爽,那么此時又該如何屏蔽這類問題呢?那么接下來要敘說的「「防盜鏈」」 登場了!

Nginx的防盜鏈機制實現,跟一個頭部字段:Referer有關,該字段主要描述了當前請求是從哪兒發出的,那么在Nginx中就可獲取該值,然后判斷是否為本站的資源引用請求,如果不是則不允許訪問。Nginx中存在一個配置項為valid_referers,正好可以滿足前面的需求,語法如下:

valid_referersnone|blocked|server_names|string...;

none:表示接受沒有Referer字段的HTTP請求訪問。

blocked:表示允許http://或https//以外的請求訪問。

server_names:資源的白名單,這里可以指定允許訪問的域名。

string:可自定義字符串,支配通配符、正則表達式寫法。

簡單了解語法后,接下來的實現如下:

# 在動靜分離的location中開啟防盜鏈機制  
location ~ .*.(html|htm|gif|jpg|jpeg|bmp|png|ico|txt|js|css){  
    # 最后面的值在上線前可配置為允許的域名地址  
    valid_referers blocked 192.168.12.129;  
    if ($invalid_referer) {  
        # 可以配置成返回一張禁止盜取的圖片  
        # rewrite   ^/ http://xx.xx.com/NO.jpg;  
        # 也可直接返回403  
        return   403;  
    }  
      
    root   /soft/nginx/static_resources;  
    expires 7d;  
}

根據上述中的內容配置后,就已經通過Nginx實現了最基本的防盜鏈機制,最后只需要額外重啟一下就好啦!當然,對于防盜鏈機制實現這塊,也有專門的第三方模塊ngx_http_accesskey_module實現了更為完善的設計,感興趣的小伙伴可以自行去看看。

PS:防盜鏈機制也無法解決爬蟲偽造referers信息的這種方式抓取數據。

十一、Nginx大文件傳輸配置

在某些業務場景中需要傳輸一些大文件,但大文件傳輸時往往都會會出現一些Bug,比如文件超出限制、文件傳輸過程中請求超時等,那么此時就可以在Nginx稍微做一些配置,先來了解一些關于大文件傳輸時可能會用的配置項:

385dc50e-f8db-11ed-90ce-dac502259ad0.png

在傳輸大文件時,client_max_body_size、client_header_timeout、proxy_read_timeout、proxy_send_timeout這四個參數值都可以根據自己項目的實際情況來配置。

上述配置僅是作為代理層需要配置的,因為最終客戶端傳輸文件還是直接與后端進行交互,這里只是把作為網關層的Nginx配置調高一點,調到能夠“容納大文件”傳輸的程度。當然,Nginx中也可以作為文件服務器使用,但需要用到一個專門的第三方模塊nginx-upload-module,如果項目中文件上傳的作用處不多,那么建議可以通過Nginx搭建,畢竟可以節省一臺文件服務器資源。但如若文件上傳/下載較為頻繁,那么還是建議額外搭建文件服務器,并將上傳/下載功能交由后端處理。

十二、Nginx配置SLL證書

隨著越來越多的網站接入HTTPS,因此Nginx中僅配置HTTP還不夠,往往還需要監聽443端口的請求,HTTPS為了確保通信安全,所以服務端需配置對應的數字證書,當項目使用Nginx作為網關時,那么證書在Nginx中也需要配置,接下來簡單聊一下關于SSL證書配置過程:

①先去CA機構或從云控制臺中申請對應的SSL證書,審核通過后下載Nginx版本的證書。

②下載數字證書后,完整的文件總共有三個:.crt、.key、.pem:

.crt:數字證書文件,.crt是.pem的拓展文件,因此有些人下載后可能沒有。

.key:服務器的私鑰文件,及非對稱加密的私鑰,用于解密公鑰傳輸的數據。

.pem:Base64-encoded編碼格式的源證書文本文件,可自行根需求修改拓展名。

③在Nginx目錄下新建certificate目錄,并將下載好的證書/私鑰等文件上傳至該目錄。

④最后修改一下nginx.conf文件即可,如下:

# ----------HTTPS配置-----------  
server {  
    # 監聽HTTPS默認的443端口  
    listen 443;  
    # 配置自己項目的域名  
    server_name www.xxx.com;  
    # 打開SSL加密傳輸  
    ssl on;  
    # 輸入域名后,首頁文件所在的目錄  
    root html;  
    # 配置首頁的文件名  
    index index.html index.htm index.jsp index.ftl;  
    # 配置自己下載的數字證書  
    ssl_certificate  certificate/xxx.pem;  
    # 配置自己下載的服務器私鑰  
    ssl_certificate_key certificate/xxx.key;  
    # 停止通信時,加密會話的有效期,在該時間段內不需要重新交換密鑰  
    ssl_session_timeout 5m;  
    # TLS握手時,服務器采用的密碼套件  
    ssl_ciphers ECDHE-RSA-AES128-GCM-SHA256ECDHHIGH!aNULL!ADH:!RC4;  
    # 服務器支持的TLS版本  
    ssl_protocols TLSv1 TLSv1.1 TLSv1.2;  
    # 開啟由服務器決定采用的密碼套件  
    ssl_prefer_server_ciphers on;  
  
    location / {  
        ....  
    }  
}  
  
# ---------HTTP請求轉HTTPS-------------  
server {  
    # 監聽HTTP默認的80端口  
    listen 80;  
    # 如果80端口出現訪問該域名的請求  
    server_name www.xxx.com;  
    # 將請求改寫為HTTPS(這里寫你配置了HTTPS的域名)  
    rewrite ^(.*)$ https://www.xxx.com;  
}

OK~,根據如上配置了Nginx后,你的網站即可通過https://的方式訪問,并且當客戶端使用http://的方式訪問時,會自動將其改寫為HTTPS請求。

十三、Nginx的高可用

線上如果采用單個節點的方式部署Nginx,難免會出現天災人禍,比如系統異常、程序宕機、服務器斷電、機房爆炸、地球毀滅....哈哈哈,夸張了。但實際生產環境中確實存在隱患問題,由于Nginx作為整個系統的網關層接入外部流量,所以一旦Nginx宕機,最終就會導致整個系統不可用,這無疑對于用戶的體驗感是極差的,因此也得保障Nginx高可用的特性。

接下來則會通過keepalived的VIP機制,實現Nginx的高可用。VIP并不是只會員的意思,而是指Virtual IP,即虛擬IP。

keepalived在之前單體架構開發時,是一個用的較為頻繁的高可用技術,比如MySQL、Redis、MQ、Proxy、Tomcat等各處都會通過keepalived提供的VIP機制,實現單節點應用的高可用。

Keepalived+重啟腳本+雙機熱備搭建

①首先創建一個對應的目錄并下載keepalived到Linux中并解壓:

[root@localhost]#mkdir/soft/keepalived&&cd/soft/keepalived
[root@localhost]#wgethttps://www.keepalived.org/software/keepalived-2.2.4.tar.gz
[root@localhost]#tar-zxvfkeepalived-2.2.4.tar.gz

②進入解壓后的keepalived目錄并構建安裝環境,然后編譯并安裝:

[root@localhost]#cdkeepalived-2.2.4
[root@localhost]#./configure--prefix=/soft/keepalived/
[root@localhost]#make&&makeinstall

③進入安裝目錄的/soft/keepalived/etc/keepalived/并編輯配置文件:

[root@localhost]#cd/soft/keepalived/etc/keepalived/
[root@localhost]#vikeepalived.conf

④編輯主機的keepalived.conf核心配置文件,如下:

global_defs {  
    # 自帶的郵件提醒服務,建議用獨立的監控或第三方SMTP,也可選擇配置郵件發送。
    notification_email {  
        root@localhost  
    }  
    notification_email_from root@localhost  
    smtp_server localhost  
    smtp_connect_timeout 30  
    # 高可用集群主機身份標識(集群中主機身份標識名稱不能重復,建議配置成本機IP)  
 router_id 192.168.12.129   
}  
  
# 定時運行的腳本文件配置  
vrrp_script check_nginx_pid_restart {  
    # 之前編寫的nginx重啟腳本的所在位置  
 script "/soft/scripts/keepalived/check_nginx_pid_restart.sh"   
    # 每間隔3秒執行一次  
 interval 3  
    # 如果腳本中的條件成立,重啟一次則權重-20  
 weight -20  
}  
  
# 定義虛擬路由,VI_1為虛擬路由的標示符(可自定義名稱)  
vrrp_instance VI_1 {  
    # 當前節點的身份標識:用來決定主從(MASTER為主機,BACKUP為從機)  
 state MASTER  
    # 綁定虛擬IP的網絡接口,根據自己的機器的網卡配置  
 interface ens33   
    # 虛擬路由的ID號,主從兩個節點設置必須一樣  
 virtual_router_id 121  
    # 填寫本機IP  
 mcast_src_ip 192.168.12.129  
    # 節點權重優先級,主節點要比從節點優先級高  
 priority 100  
    # 優先級高的設置nopreempt,解決異?;謴秃笤俅螕屨荚斐傻哪X裂問題  
 nopreempt  
    # 組播信息發送間隔,兩個節點設置必須一樣,默認1s(類似于心跳檢測)  
 advert_int 1  
    authentication {  
        auth_type PASS  
        auth_pass 1111  
    }  
    # 將track_script塊加入instance配置塊  
    track_script {  
        # 執行Nginx監控的腳本  
  check_nginx_pid_restart  
    }  
  
    virtual_ipaddress {  
        # 虛擬IP(VIP),也可擴展,可配置多個。
  192.168.12.111  
    }  
}

⑤克隆一臺之前的虛擬機作為從(備)機,編輯從機的keepalived.conf文件,如下:

global_defs {  
    # 自帶的郵件提醒服務,建議用獨立的監控或第三方SMTP,也可選擇配置郵件發送。
    notification_email {  
        root@localhost  
    }  
    notification_email_from root@localhost  
    smtp_server localhost  
    smtp_connect_timeout 30  
    # 高可用集群主機身份標識(集群中主機身份標識名稱不能重復,建議配置成本機IP)  
 router_id 192.168.12.130   
}  
  
# 定時運行的腳本文件配置  
vrrp_script check_nginx_pid_restart {  
    # 之前編寫的nginx重啟腳本的所在位置  
 script "/soft/scripts/keepalived/check_nginx_pid_restart.sh"   
    # 每間隔3秒執行一次  
 interval 3  
    # 如果腳本中的條件成立,重啟一次則權重-20  
 weight -20  
}  
  
# 定義虛擬路由,VI_1為虛擬路由的標示符(可自定義名稱)  
vrrp_instance VI_1 {  
    # 當前節點的身份標識:用來決定主從(MASTER為主機,BACKUP為從機)  
 state BACKUP  
    # 綁定虛擬IP的網絡接口,根據自己的機器的網卡配置  
 interface ens33   
    # 虛擬路由的ID號,主從兩個節點設置必須一樣  
 virtual_router_id 121  
    # 填寫本機IP  
 mcast_src_ip 192.168.12.130  
    # 節點權重優先級,主節點要比從節點優先級高  
 priority 90  
    # 優先級高的設置nopreempt,解決異常恢復后再次搶占造成的腦裂問題  
 nopreempt  
    # 組播信息發送間隔,兩個節點設置必須一樣,默認1s(類似于心跳檢測)  
 advert_int 1  
    authentication {  
        auth_type PASS  
        auth_pass 1111  
    }  
    # 將track_script塊加入instance配置塊  
    track_script {  
        # 執行Nginx監控的腳本  
  check_nginx_pid_restart  
    }  
  
    virtual_ipaddress {  
        # 虛擬IP(VIP),也可擴展,可配置多個。
  192.168.12.111  
    }  
}

⑥新建scripts目錄并編寫Nginx的重啟腳本,check_nginx_pid_restart.sh:

[root@localhost]#mkdir/soft/scripts/soft/scripts/keepalived
[root@localhost]#touch/soft/scripts/keepalived/check_nginx_pid_restart.sh
[root@localhost]#vi/soft/scripts/keepalived/check_nginx_pid_restart.sh

#!/bin/sh
#通過ps指令查詢后臺的nginx進程數,并將其保存在變量nginx_number中
nginx_number=`ps-Cnginx--no-header|wc-l`
#判斷后臺是否還有Nginx進程在運行
if[$nginx_number-eq0];then
#如果后臺查詢不到`Nginx`進程存在,則執行重啟指令
/soft/nginx/sbin/nginx-c/soft/nginx/conf/nginx.conf
#重啟后等待1s后,再次查詢后臺進程數
sleep1
#如果重啟后依舊無法查詢到nginx進程
if[`ps-Cnginx--no-header|wc-l`-eq0];then
#將keepalived主機下線,將虛擬IP漂移給從機,從機上線接管Nginx服務
systemctlstopkeepalived.service
fi
fi

⑦編寫的腳本文件需要更改編碼格式,并賦予執行權限,否則可能執行失?。?/p>

[root@localhost]#vi/soft/scripts/keepalived/check_nginx_pid_restart.sh

:setfileformat=unix#在vi命令里面執行,修改編碼格式
:setff#查看修改后的編碼格式

[root@localhost]#chmod+x/soft/scripts/keepalived/check_nginx_pid_restart.sh

⑧由于安裝keepalived時,是自定義的安裝位置,因此需要拷貝一些文件到系統目錄中:

[root@localhost]#mkdir/etc/keepalived/
[root@localhost]#cp/soft/keepalived/etc/keepalived/keepalived.conf/etc/keepalived/
[root@localhost]#cp/soft/keepalived/keepalived-2.2.4/keepalived/etc/init.d/keepalived/etc/init.d/
[root@localhost]#cp/soft/keepalived/etc/sysconfig/keepalived/etc/sysconfig/

⑨將keepalived加入系統服務并設置開啟自啟動,然后測試啟動是否正常:

[root@localhost]#chkconfigkeepalivedon
[root@localhost]#systemctldaemon-reload
[root@localhost]#systemctlenablekeepalived.service
[root@localhost]#systemctlstartkeepalived.service

其他命令:

systemctldisablekeepalived.service#禁止開機自動啟動
systemctlrestartkeepalived.service#重啟keepalived
systemctlstopkeepalived.service#停止keepalived
tail-f/var/log/messages#查看keepalived運行時日志

⑩最后測試一下VIP是否生效,通過查看本機是否成功掛載虛擬IP:

[root@localhost]#ipaddr
3882893e-f8db-11ed-90ce-dac502259ad0.jpg

從上圖中可以明顯看見虛擬IP已經成功掛載,但另外一臺機器192.168.12.130并不會掛載這個虛擬IP,只有當主機下線后,作為從機的192.168.12.130才會上線,接替VIP。最后測試一下外網是否可以正常與VIP通信,即在Windows中直接ping VIP:

389ea6b4-f8db-11ed-90ce-dac502259ad0.png

外部通過VIP通信時,也可以正常Ping通,代表虛擬IP配置成功。

Nginx高可用性測試

經過上述步驟后,keepalived的VIP機制已經搭建成功,在上個階段中主要做了幾件事:

一、為部署Nginx的機器掛載了VIP。

二、通過keepalived搭建了主從雙機熱備。

三、通過keepalived實現了Nginx宕機重啟。

由于前面沒有域名的原因,因此最初server_name配置的是當前機器的IP,所以需稍微更改一下nginx.conf的配置:

sever{  
    listen    80;  
    # 這里從機器的本地IP改為虛擬IP  
 server_name 192.168.12.111;  
 # 如果這里配置的是域名,那么則將域名的映射配置改為虛擬IP  
}

最后來實驗一下效果:

38be2110-f8db-11ed-90ce-dac502259ad0.png

在上述過程中,首先分別啟動了keepalived、nginx服務,然后通過手動停止nginx的方式模擬了Nginx宕機情況,過了片刻后再次查詢后臺進程,我們會發現nginx依舊存活。

從這個過程中不難發現,keepalived已經為我們實現了Nginx宕機后自動重啟的功能,那么接著再模擬一下服務器出現故障時的情況:

39050ca6-f8db-11ed-90ce-dac502259ad0.png

在上述過程中,我們通過手動關閉keepalived服務模擬了機器斷電、硬件損壞等情況(因為機器斷電等情況=主機中的keepalived進程消失),然后再次查詢了一下本機的IP信息,很明顯會看到VIP消失了!

現在再切換到另外一臺機器:192.168.12.130來看看情況:

3935ea60-f8db-11ed-90ce-dac502259ad0.png

此刻我們會發現,在主機192.168.12.129宕機后,VIP自動從主機飄移到了從機192.168.12.130上,而此時客戶端的請求就最終會來到130這臺機器的Nginx上。

「「最終,利用Keepalived對Nginx做了主從熱備之后,無論是遇到線上宕機還是機房斷電等各類故障時,都能夠確保應用系統能夠為用戶提供7x24小時服務。」」

十四、Nginx性能優化

到這里文章的篇幅較長了,最后再來聊一下關于Nginx的性能優化,主要就簡單說說收益最高的幾個優化項,在這塊就不再展開敘述了,畢竟影響性能都有多方面原因導致的,比如網絡、服務器硬件、操作系統、后端服務、程序自身、數據庫服務等。

優化一:打開長連接配置

通常Nginx作為代理服務,負責分發客戶端的請求,那么建議開啟HTTP長連接,用戶減少握手的次數,降低服務器損耗,具體如下:

upstreamxxx{
#長連接數
keepalive32;
#每個長連接提供的最大請求數
keepalived_requests100;
#每個長連接沒有新的請求時,保持的最長時間
keepalive_timeout60s;
}

優化二、開啟零拷貝技術

零拷貝這個概念,在大多數性能較為不錯的中間件中都有出現,例如Kafka、Netty等,而Nginx中也可以配置數據零拷貝技術,如下:

sendfileon;#開啟零拷貝機制

零拷貝讀取機制與傳統資源讀取機制的區別:

「傳統方式:」 硬件-->內核-->用戶空間-->程序空間-->程序內核空間-->網絡套接字

「零拷貝方式:」 硬件-->內核-->程序內核空間-->網絡套接字

從上述這個過程對比,很輕易就能看出兩者之間的性能區別。

優化三、開啟無延遲或多包共發機制

在Nginx中有兩個較為關鍵的性能參數,即tcp_nodelay、tcp_nopush,開啟方式如下:

tcp_nodelayon;
tcp_nopushon;

TCP/IP協議中默認是采用了Nagle算法的,即在網絡數據傳輸過程中,每個數據報文并不會立馬發送出去,而是會等待一段時間,將后面的幾個數據包一起組合成一個數據報文發送,但這個算法雖然提高了網絡吞吐量,但是實時性卻降低了。

因此你的項目屬于交互性很強的應用,那么可以手動開啟tcp_nodelay配置,讓應用程序向內核遞交的每個數據包都會立即發送出去。但這樣會產生大量的TCP報文頭,增加很大的網絡開銷。

相反,有些項目的業務對數據的實時性要求并不高,追求的則是更高的吞吐,那么則可以開啟tcp_nopush配置項,這個配置就類似于“塞子”的意思,首先將連接塞住,使得數據先不發出去,等到拔去塞子后再發出去。設置該選項后,內核會盡量把小數據包拼接成一個大的數據包(一個MTU)再發送出去.

當然若一定時間后(一般為200ms),內核仍然沒有積累到一個MTU的量時,也必須發送現有的數據,否則會一直阻塞。

tcp_nodelay、tcp_nopush兩個參數是“互斥”的,如果追求響應速度的應用推薦開啟tcp_nodelay參數,如IM、金融等類型的項目。如果追求吞吐量的應用則建議開啟tcp_nopush參數,如調度系統、報表系統等。

注意:①tcp_nodelay一般要建立在開啟了長連接模式的情況下使用。②tcp_nopush參數是必須要開啟sendfile參數才可使用的。

優化四、調整Worker工作進程

Nginx啟動后默認只會開啟一個Worker工作進程處理客戶端請求,而我們可以根據機器的CPU核數開啟對應數量的工作進程,以此來提升整體的并發量支持,如下:

#自動根據CPU核心數調整Worker進程數量
worker_processesauto;

工作進程的數量最高開到8個就OK了,8個之后就不會有再大的性能提升。

同時也可以稍微調整一下每個工作進程能夠打開的文件句柄數:

#每個Worker能打開的文件描述符,最少調整至1W以上,負荷較高建議2-3W
worker_rlimit_nofile20000;

操作系統內核(kernel)都是利用文件描述符來訪問文件,無論是打開、新建、讀取、寫入文件時,都需要使用文件描述符來指定待操作的文件,因此該值越大,代表一個進程能夠操作的文件越多(但不能超出內核限制,最多建議3.8W左右為上限)。

優化五、開啟CPU親和機制

對于并發編程較為熟悉的伙伴都知道,因為進程/線程數往往都會遠超出系統CPU的核心數,因為操作系統執行的原理本質上是采用時間片切換機制,也就是一個CPU核心會在多個進程之間不斷頻繁切換,造成很大的性能損耗。

而CPU親和機制則是指將每個Nginx的工作進程,綁定在固定的CPU核心上,從而減小CPU切換帶來的時間開銷和資源損耗,開啟方式如下:

worker_cpu_affinityauto;

優化六、開啟epoll模型及調整并發連接數

在最開始就提到過:Nginx、Redis都是基于多路復用模型去實現的程序,但最初版的多路復用模型select/poll最大只能監聽1024個連接,而epoll則屬于select/poll接口的增強版,因此采用該模型能夠大程度上提升單個Worker的性能,如下:

events{
#使用epoll網絡模型
useepoll;
#調整每個Worker能夠處理的連接數上限
worker_connections10240;
}

這里對于select/poll/epoll模型就不展開細說了,后面的IO模型文章中會詳細剖析。

十五、放在最后的結尾

至此,Nginx的大部分內容都已闡述完畢,關于最后一小節的性能優化內容,其實在前面就談到的動靜分離、分配緩沖區、資源緩存、防盜鏈、資源壓縮等內容,也都可歸納為性能優化的方案。

審核編輯:彭靜
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原文標題:Nginx 一網打盡

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