【ch10】高性能Web服务器-NGINX

高性能Web服务器——NGINXLinux服务器安全管理高级运维项目10“十四五”高等教育网络空间安全产业人才培养系列丛书“互联网+”新形态立体化一体精品教材+NGINX01NGINX的组成与工作原理从文件上看，NGINX的组成包括4部分：二进制可执行文件、配置文件、访问日志和错误日志。这4部分是相辅相成的，NGINX的二进制可执行文件和配置文件定义了NGINX处理请求的方式。如果想对Web服务进行运营或运维的分析，则需要对access.log访问日志做进一步分析。当出现任何未知的错误或与预期的行为不一致时，可以通过error.log错误信息定位根本问题。（1）二进制可执行文件。这是由NGINX自身的核心框架、官方模块及编译时添加的各种第三方模块共同构建而成的。这个文件相当于汽车本身，它有完整的系统，可提供所有功能。这些模块可最终编译成一个二进制可执行文件，让NGINX正常地运行。（2）nginx.conf配置文件。NGINX运行时的各种功能可以由用户根据自己的需求进行定制。用户只需按照一定的语法规则编写NGINX的配置文件，即可配置NGINX的各种功能。（3）access.log访问日志。访问日志记录了所有NIGNX接受访问的HTTP请求信息和响应信息。（4）error.log错误日志。错误信息记录了NGINX在运行过程中出现的不可预知的错误，以便定位问题。NGINX的组成与工作原理从模块结构上看，NGINX分为核心模块、基础模块和第三方模块。（1）核心模块：HTTP模块、EVENT模块和MAIL模块。（2）基础模块：HTTPAccess模块、HTTPFastCGI模块、HTTPProxy模块和HTTPRewrite模块。（3）第三方模块：HTTPUpstreamRequestHash模块、Notice模块和HTTPAccessKey模块。NGINX的模块如图10-1所示。NGINX的组成与工作原理从模块功能上看，NGINX分为处理器模块、过滤器模块和代理类模块。（1）处理器（Handlers）模块：此类模块可以直接处理请求，并进行输出内容和修改headers信息等操作。处理器模块一般只能有一个。（2）过滤器（Filters）模块：此类模块主要对其他处理器模块输出的内容进行修改，最后由NGINX进行输出。（3）代理类（Proxies）模块：此类模块是NGINX的HTTPUpstream类模块，主要与后端一些服务（如FastCGI等）进行交互，实现服务代理和负载均衡等功能。NGINX以守护进程的形式在后台运行，采用多线程和异步非阻塞I/O事件模型来处理各种请求。多线程模型包括一个Master进程，多个Worker进程。一般，Worker进程的数量由服务器的CPU核数决定。Master进程负责管理NGINX本身和其他Worker进程，其功能如下。（1）对外接口：接收外部的操作（信号）。（2）对内转发：根据外部操作的不同，通过信号管理Worker。（3）监控：监控Worker进程的运行状态。当Worker进程异常终止后，将自动重新启动Worker进程。NGINX的性能优势体现在多个方面，主要表现为以下几点。（1）作为Web服务器，NGINX处理静态文件、索引文件及自动索引的效率非常高。（2）作为代理服务器，NGINX可以实现无缓存的反向代理加速，从而提高网站运行速度。（3）作为负载均衡服务器，NGINX既可以在内部直接支持Rails和PHP，也可以支持HTTP代理服务器对外提供服务，还支持简单的容错和利用算法进行负载均衡。在性能方面，NGINX是专门为性能优化而开发的，在实现上非常注重效率。它采用内核Poll模型，支持更多的并发连接，最大可以响应5万个并发连接，而且只占用很少的内存资源。在稳定性方面，NGINX采取了分阶段资源分配技术，使得CPU与内存的占用率非常低。NGINX官方表示，NGINX可以保持1万个空闲连接，而这些连接只占用2.5MB内存。因此，DOS类的攻击对NGINX来说基本上没有任何作用。在高可用性方面，NGINX支持热部署，启动速度极快，因此可以在持续服务的情况下进行软件版本或配置升级，即使运行数月也无须重新启动，几乎可以实现7×24小时不间断运行。与传统的Web服务器相比，NGINX在反向代理、Rewrite规则、稳定性、静态文件处理及内存消耗等方面具有明显的优势。通过使用NGINX替代传统的Apache服务器，可以获得全方位的性能提升。NGINX的性能优势+NGINX的安装与配置02NGINX的快速安装可以从NGINX官网下载NGINX。该官网提供了NGINX主线版本和NGINX稳定版本。这两种版本非常稳定，都可以用于构建生产环境的NGINX。NGINX主线版本包含所有活跃的开发内容。这意味着所有新功能和非关键错误修复都在这里进行开发，但有时这也可能导致某些第三方模块因内部API的更改而中断。NGINX稳定版本仅包含关键错误修复，不包含新功能和非关键错误修复。在安装完NGINX后，需要对其进行相应的配置与调试。下面详细介绍配置与调试NGINX的方法。NGINX的配置文件是一个纯文本文件，一般位于NGINX安装目录的conf目录下，整个配置文件是以block的形式组织的。每个block一般使用一个大括号“{}”来表示。block可以分为不同层。在整个配置文件中，Main命令位于最高层，下面可以有Events等层，而这些层中又包含Server层，即serverblock。serverblock中又可以包含location层，并且一个serverblock中可以包含多个locationblock。在不同安装方式下，NGINX的文件存放路径也有所不同。如果采用源码编译安装方式，则配置文件在安装目录下的conf目录下。例如，如果安装目录是/usr/local/nginx，则配置文件在/usr/local/nginx/conf目录下。如果采用yum源安装方式，则配置文件在/etc/nginx/目录（该目录下存放的是主配置文件）和/etc/nginx/conf.d目录下。NGINX的配置与调试NGINX配置文件主要分为以下4部分。（1）main（全局设置）。（2）server（主机设置）。（3）upstream（负载均衡服务器设置）。（4）location（URL匹配特定位置设置）。NGINX配置文件的结构如图10-2所示。NGINX的配置与调试其中，main部分的指令将影响其他设置；server部分的指令主要用于指定主机和端口；upstream部分的指令主要用于进行负载均衡，设置一系列的后端服务器；location部分的指令主要用于匹配网页位置。这4者之间的继承关系如下。server继承main；location继承server；而upstream既不会继承其他设置，也不会被继承。NGINX的配置与调试NGINX的日常维护技巧在安装及使用NGINX后，需要定期进行日常维护及检查，以确保其正常运行及使用。NGINX提供了配置文件调试功能，可以快速发现配置文件存在的问题。执行如下命令可以检测配置文件的正确性：或者把nginx命令的路径写入PATH，这样在执行nginx命令时就不需要写绝对路径：使用-t命令可以检查配置文件的语法是否正确。NGINX的日常维护技巧使用-c命令可以制定NGINX配置文件的路径，默认为/usr/local/nginx/conf/nginx.conf。另外，NGINX也提供了查看版本信息和相关编译信息的功能。查看版本信息：查看相关编译信息：+NGINX常用功能03NGINX的反向代理应用实例01使用NGINX反向代理，根据访问的路径跳转到不同端口的服务上NGINX监听端口为9001。访问29:9001/edu/将直接跳转到:8080上。访问29:9001/vod/将直接跳转到:8081上。02准备工作首先准备两个Tomcat服务器，一个端口为8080，另一个端口为8081。在Tomcat的webapps目录中创建文件夹和测试页面。NGINX的反向代理应用实例03具体配置在nginx.conf配置文件中进行反向代理配置。在http块中添加server{}，如图10-3所示。以下为location指令说明。=：在不含正则表达式的URL前，要求请求字符串严格匹配该URL。如果匹配成功，则立即停止继续向下搜索并处理该请求。~：用于表示URL包含正则表达式，并且区分大小写。~*：用于表示URL包含正则表达式，并且不区分大小写。^~：用于表示URL不包含正则表达式，并且区分大小写。在NGINX服务器中，当匹配到^~标识的URL时，表示该URL的匹配度最高。注意：如果URL包含正则表达式，则必须有~或~*标识。NGINX的反向代理应用实例04进行测试开放对外访问的端口号为9001、8080和8081。测试结果显示，当访问29:9001/edu/时，最终直接跳转到:8080上，如图10-4和图10-5所示。NGINX的URL重写应用实例NGINX的URL重写也被称为Rewrite，主要作用是当客户端访问特定URL时，根据客户端的访问信息跳转到其他URL上。URL重写在现在的网站中经常出现，其作用具体如下。（1）对搜索引擎的访问进行优化，有助于搜索引擎抓取页面。（2）隐藏站点的真实URL地址，使URL更加简洁。（3）当网站升级时，通过URL重写功能，可以将网站重定向到其他页面。（4）当手机和计算机访问同一站点时，反馈不同的页面，以便根据设备的不同分辨率优化网站页面，使其更加美观。NGINX的Rewrite功能在企业中应用非常广泛，它可以调整用户浏览的URL，使其看起来更规范，符合开发人员及产品人员的需求。为了提高搜索引擎对网站内容的收录并改善用户体验，企业会将动态URL地址伪装成静态地址，以提供服务。当网址更换新域名后，会将旧的访问跳转到新的域名上。使用者可以根据特殊变量、目录、客户端的信息调整URL等。NGINX的URL重写应用实例NGINX配置Rewrite的过程如下。（1）创建Rewrite语句。文件内容