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[系统运维]nginx的工作原理与nginx的配置

nginx的工作原理与nginx的配置

1.nginx的工作原理

nginx的模块直接被编译进nginx，因此属于静态编译方式。

启动nginx后，nginx的模块被自动加载，与Apache不一样，首先将模块编译为一个so文件，然后在配置文件中指定是否进行加载。

在解析配置文件时，nginx的每个模块都有可能去处理某个请求，但是同一个处理请求只能由一个模块来完成。

nginx的进程架构：
启动nginx时，会启动一个Master进程，这个进程不处理任何客户端的请求，主要用来产生worker线程，一个worker线程用来处理n个request。

请添加图片描述

下图展示了nginx模块一次常规的HTTP请求和响应的过程

请添加图片描述

下图展示了基本的WEB服务请求步骤

请添加图片描述

  • 建立连接：接收或拒绝连接请求：三次握手的过程

  • 接收请求：接收客户端请求报文中对某资源的一次请求的过程，请求报文

  • 处理请求

  • 访问资源：

  • 构建响应报文：

  • 发送响应报文

  • 记录日志

2.nginx的模块与工作原理

nginx由内核和模块组成。其中，内核的设计非常微小和简洁，完成的工作也非常简单，仅仅通过查找配置文件将客户端请求映射到一个location block（location是nginx配置中的一个指令，用于URL匹配），而在这个location中所配置的每个指令将会启动不同的模块去完成相应的工作。

nginx的模块从结构上分为核心模块、基础模块和第三方模块

  • HTTP模块、EVENT模块和MAIL模块等属于核心模块
  • HTTP Access模块、HTTP FastCGI模块、HTTP Proxy模块和HTTP Rewrite模块属于基本模块
  • HTTP Upstream模块、Request Hash模块、Notice模块和HTTP Access Key模块属于第三方模块

用户根据自己的需要开发的模块都属于第三方模块。正是有了如此多模块的支撑，nginx的功能才会如此强大

nginx模块从功能上分为三类，分别是：

  • Handlers（处理器模块）。此类模块直接处理请求，并进行输出内容和修改headers信息等操作。handlers处理器模块一般只能有一个
  • Filters（过滤器模块）。此类模块主要对其他处理器模块输出的内容进行修改操作，最后由nginx输出
  • Proxies（代理器模块）。就是nginx的HTTP Upstream之类的模块，这些模块主要与后端一些服务比如fastcgi等操作交互，实现服务代理和负载均衡等功能

nginx模块分为：核心模块、事件模块、标准Http模块、可选Http模块、邮件模块、第三方模块和补丁等

  • nginx基本模块：所谓基本模块，指的是nginx默认的功能模块，它们提供的指令，允许你使用定义nginx基本功能的变量，在编译时不能被禁用，包括：
    • 核心模块：基本功能和指令，如进程管理和安全。常见的核心模块指令，大部分是放置在配置文件的顶部
    • 事件模块：在Nginx内配置网络使用的能力。常见的events（事件）模块指令，大部分是放置在配置文件的顶部
    • 配置模块：提供包含机制

具体的指令，请参考nginx的官方文档

3.nginx的安装

创建用户

[root@localhost ~]# useradd -r -M -s /sbin/nologin nginx

安装依赖包

[root@localhost ~]# yum -y install pcre-devel openssl openssl-devel gd-devel gcc gcc-c++
[root@localhost ~]# yum -y groups mark install 'Development Tools'

创建日志存放目录

[root@nginx ~]# mkdir -p /var/log/nginx
[root@nginx ~]# chown -R nginx.nginx /var/log/nginx
[root@nginx ~]#

下载nginx

[root@nginx ~]# cd /usr/src
[root@nginx src]# wget http://nginx.org/download/nginx-1.20.1.tar.gz
--2021-10-25 03:47:20--  http://nginx.org/download/nginx-1.20.1.tar.gz
正在解析主机 nginx.org (nginx.org)... 52.58.199.22, 3.125.197.172, 
2021-10-25 03:47:26 (196 KB/s) - 已保存 “nginx-1.20.1.tar.gz” [1061461/1061461])

[root@nginx src]# 
[root@nginx src]# ls
debug                zabbix-5.4.4
kernels              zabbix-5.4.4.tar.gz
nginx-1.20.1.tar.gz
[root@nginx src]#

编译安装

[root@nginx src]# tar xf nginx-1.20.1.tar.gz 
[root@nginx src]# cd nginx-1.20.1
[root@nginx nginx-1.20.1]# ./configure \
> --prefix=/usr/local/nginx \
> --user=nginx \
> --group=nginx \
> --with-debug \
> --with-http_ssl_module \
> --with-http_realip_module \
> --with-http_image_filter_module \
> --with-http_gunzip_module \
> --with-http_gzip_static_module \
> --with-http_stub_status_module \
> --http-log-path=/var/log/nginx/access.log \
> --error-log-path=/var/log/nginx/error.log
[root@nginx nginx-1.20.1]# make && make install

4.nginx的配置

配置环境变量

[root@nginx ~]# echo 'export PATH=/usr/local/nginx/sbin:$PATH' > /etc/profile.d/nginx.sh
[root@nginx ~]# . /etc/profile.d/nginx.sh
[root@nginx ~]# 
//服务控制方式，使用nginx命令
    -t  //检查配置文件语法
    -v  //输出nginx的版本
    -c  //指定配置文件的路径
    -s  //发送服务控制信号，可选值有{stop|quit|reopen|reload}

启动nginx

[root@nginx ~]# nginx
[root@nginx ~]# ss -antl
State   Recv-Q  Send-Q   Local Address:Port        Peer Address:Port      Process       
LISTEN  0       128            0.0.0.0:80               0.0.0.0:*                       
LISTEN  0       128            0.0.0.0:22               0.0.0.0:*                       
LISTEN  0       128               [::]:22                  [::]:*                       
[root@nginx ~]#

nginx.conf的内容分为以下几段：

main配置段：全局配置段。其中main配置段中可能包含event配置段
event {}：定义event模型工作特性
http {}：定义http协议相关的配置

5.优化性能的配置参数

worker_processes n; 启动n个worker进程，这里的n为了避免上下文切换，通常设置为cpu总核心数-1或等于总核心数

[root@nginx ~]# cd /usr/local/nginx/conf/
[root@nginx conf]# cp nginx.conf /opt/
[root@nginx conf]# cp mime.types /opt/
[root@nginx conf]# head /opt/nginx.conf 

#user  nobody;
worker_processes  4;

#error_log  logs/error.log;
#error_log  logs/error.log  notice;
#error_log  logs/error.log  info;

#pid        logs/nginx.pid;

[root@nginx conf]# 
[root@nginx conf]# head /usr/local/nginx/conf/nginx.conf

#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;

[root@nginx conf]# 

[root@nginx ~]# ps -ef |grep nginx
root      215466       1  0 07:29 ?        00:00:00 nginx: master process nginx -c /opt/nginx.conf
nginx     215467  215466  0 07:29 ?        00:00:00 nginx: worker process
nginx     215468  215466  0 07:29 ?        00:00:00 nginx: worker process
nginx     215469  215466  0 07:29 ?        00:00:00 nginx: worker process
nginx     215470  215466  0 07:29 ?        00:00:00 nginx: worker process
root      215983  188055  0 07:29 pts/0    00:00:00 grep --color=auto nginx
[root@nginx ~]# 
[root@nginx ~]# nginx -s stop 
[root@nginx ~]# nginx
[root@nginx ~]# ps -ef | grep nginx
root      217963       1  0 07:30 ?        00:00:00 nginx: master process nginx
nginx     217964  217963  0 07:30 ?        00:00:00 nginx: worker process
root      218156  188055  0 07:30 pts/0    00:00:00 grep --color=auto nginx
[root@nginx ~]#

#####6. 是否以master/worker方式工作

几乎所有的产品环境下，Nginx都以“一个master进程管理多个worker进程的方式运行的”这种方式工作。

与daemon配置相同，提供master_process配置也是为了方便跟踪调试Nginx。如果用off关闭了master_process方式，就不会fork出worker子进程来处理请求，而是用master进程自身来处理请求。

[root@nginx ~]# nginx -s stop
[root@nginx ~]# nginx
[root@nginx ~]# head /opt/nginx.conf

#user  nobody;
worker_processes  4;

#error_log  logs/error.log;
#error_log  logs/error.log  notice;
#error_log  logs/error.log  info;

#pid        logs/nginx.pid;

[root@nginx ~]# ps -ef | grep nginx
root      223600       1  0 07:33 ?        00:00:00 nginx: master process nginx
nginx     223601  223600  0 07:33 ?        00:00:00 nginx: worker process
root      224154  188055  0 07:34 pts/0    00:00:00 grep --color=auto nginx
[root@nginx ~]# 

[root@nginx ~]# nginx -s stop;nginx -c /opt/nginx.conf
[root@nginx ~]# head /opt/nginx.conf 

#user  nobody;
worker_processes  4;

#error_log  logs/error.log;
#error_log  logs/error.log  notice;
#error_log  logs/error.log  info;

#pid        logs/nginx.pid;

[root@nginx ~]# ps -ef |grep nginx
root      215466       1  0 07:29 ?        00:00:00 nginx: master process nginx -c /opt/nginx.conf
nginx     215467  215466  0 07:29 ?        00:00:00 nginx: worker process
nginx     215468  215466  0 07:29 ?        00:00:00 nginx: worker process
nginx     215469  215466  0 07:29 ?        00:00:00 nginx: worker process
nginx     215470  215466  0 07:29 ?        00:00:00 nginx: worker process
root      215983  188055  0 07:29 pts/0    00:00:00 grep --color=auto nginx
[root@nginx ~]#
7.error日志的设置

rror日志是定位Nginx问题的最佳工具，我们可以根据自己的需求妥善设置error日志的路径和级别。

/path/file参数可以是一个具体的文件，例如，默认情况下是logs/error.log文件，最好将它放到一个磁盘空间足够大的位置；/path/file也可以是/dev/null，这样就不会输出任何日志了，这也是关闭error日志的唯一手段；/path/file也可以是stderr，这样日志会输出到标准错误文件中。

level是日志的输出级别，取值范围是debug、info、notice、warn、error、crit、alert、emerg，从左至右级别依次增大。当设定为一个级别时，大于或等于该级别的日志都会被输出到/path/file文件中，小于该级别的日志则不会输出。例如，当设定为error级别时，error、crit、alert、emerg级别的日志都会输出。

如果设定的日志级别是debug，则会输出所有的日志，这样数据量会很大，需要预先确保/path/file所在磁盘有足够的磁盘空间。

注意　如果日志级别设定到debug，必须在configure时加入–with-debug配置项。

[root@nginx logs]# head /opt/nginx.conf 

#user  nobody;
worker_processes  4;

error_log  logs/error.log;
#error_log  logs/error.log  notice;
#error_log  logs/error.log  info;

[root@nginx logs]# cat /usr/local/nginx/logs/error.log
nginx: [emerg] bind() to 0.0.0.0:80 failed (98: Address already in use)
nginx: [emerg] bind() to 0.0.0.0:80 failed (98: Address already in use)
nginx: [emerg] bind() to 0.0.0.0:80 failed (98: Address already in use)
nginx: [emerg] bind() to 0.0.0.0:80 failed (98: Address already in use)
nginx: [emerg] bind() to 0.0.0.0:80 failed (98: Address already in use)
nginx: [emerg] still could not bind()
[root@nginx logs]#

[root@nginx ~]# vim /opt/nginx.conf 
[root@nginx ~]# nginx -s stop;nginx -c /opt/nginx.conf
[root@nginx ~]# head /opt/nginx.conf

#user  nobody;
worker_processes  4;
#daemon off;
master_process on;

#error_log  logs/error.log;
#error_log  logs/error.log  notice;
error_log  logs/error.log  info;

[root@nginx ~]# cat /usr/local/nginx/logs/error.log
2021/10/25 07:43:05 [notice] 240568#0: using the "epoll" event method
2021/10/25 07:43:05 [notice] 240568#0: nginx/1.20.1
2021/10/25 07:43:05 [notice] 240568#0: built by gcc 8.5.0 20210514 (Red Hat 8.5.0-3) (GCC) 
2021/10/25 07:43:05 [notice] 240568#0: OS: Linux 4.18.0-257.el8.x86_64
2021/10/25 07:43:05 [notice] 240568#0: getrlimit(RLIMIT_NOFILE): 1024:262144
2021/10/25 07:43:05 [notice] 240569#0: start worker processes
2021/10/25 07:43:05 [notice] 240569#0: start worker process 240570
2021/10/25 07:43:05 [notice] 240569#0: start worker process 240571
2021/10/25 07:43:05 [notice] 240569#0: start worker process 240572
2021/10/25 07:43:05 [notice] 240569#0: start worker process 240573
2021/10/25 07:43:07 [info] 240570#0: *1 client closed connection while waiting for request, client: 192.168.100.146, server: 0.0.0.0:80
2021/10/25 07:43:13 [info] 240570#0: *2 client closed connection while waiting for request, client: 192.168.100.146, server: 0.0.0.0:80
[root@nginx ~]# 

[root@nginx ~]# vim /opt/nginx.conf
[root@nginx ~]# head /opt/nginx.conf

#user  nobody;
worker_processes  4;
#daemon off;
master_process on;

#error_log  logs/error.log;
error_log  logs/error.log  debug;
#error_log  logs/error.log  notice;
#error_log  logs/error.log  info;
[root@nginx ~]# 
[root@nginx ~]# nginx -s stop;nginx -c /opt/nginx.conf
[root@nginx ~]# cat /usr/local/nginx/logs/error.log
2021/10/25 07:43:05 [notice] 240568#0: using the "epoll" event method
2021/10/25 07:43:05 [notice] 240568#0: nginx/1.20.1
2021/10/25 07:43:05 [notice] 240568#0: built by gcc 8.5.0 20210514 (Red Hat 8.5.0-3) (GCC) 
2021/10/25 07:43:05 [notice] 240568#0: OS: Linux 4.18.0-257.el8.x86_64
2021/10/25 07:43:05 [notice] 240568#0: getrlimit(RLIMIT_NOFILE): 1024:262144
略。。。。。。
2021/10/25 07:44:31 [debug] 243044#0: timer delta: 0
2021/10/25 07:44:31 [debug] 243044#0: worker cycle
2021/10/25 07:44:31 [debug] 243044#0: epoll timer: -1
[root@nginx ~]#

8.Nginx配置文件详解

[root@localhost ~]# vim /usr/local/nginx/conf
# 全局块
 user www-data;  ##用户
 worker_processes  2;  ## 默认1，一般建议设成CPU核数1-2倍
 error_log  logs/error.log; ## 错误日志路径
 pid  logs/nginx.pid; ## 进程id
 # Events块
 events {
   # 使用epoll的I/O 模型处理轮询事件。
   # 可以不设置，nginx会根据操作系统选择合适的模型
   use epoll;
   # 工作进程的最大连接数量, 默认1024个
   worker_connections  2048;
   # http层面的keep-alive超时时间
   keepalive_timeout 60;
   # 客户端请求头部的缓冲区大小
   client_header_buffer_size 2k;
 }
 # http块
 http { 
   include mime.types;  # 导入文件扩展名与文件类型映射表
   default_type application/octet-stream;  # 默认文件类型
   # 日志格式及access日志路径
   log_format   main '$remote_addr - $remote_user [$time_local]  $status '
     '"$request" $body_bytes_sent "$http_referer" '
     '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';
   access_log   logs/access.log  main; 
   # 允许sendfile方式传输文件，默认为off。
   sendfile     on;
   tcp_nopush   on; # sendfile开启时才开启。
 
   # http server块
   # 简单反向代理
   server {
     listen       80;
     server_name  domain2.com www.domain2.com;
     access_log   logs/domain2.access.log  main;
     # 转发动态请求到web应用服务器
     location / {
       proxy_pass      http://127.0.0.1:8000;
       deny 192.24.40.8;  # 拒绝的ip
       allow 192.24.40.6; # 允许的ip   
     }
     # 错误页面
     error_page   500 502 503 504  /50x.html;
         location = /50x.html {
             root   html;
         }
   }
   # 负载均衡
   upstream backend_server {
     server 192.168.0.1:8000 weight=5; # weight越高，权重越大
     server 192.168.0.2:8000 weight=1;
     server 192.168.0.3:8000;
     server 192.168.0.4:8001 backup; # 热备
   }
   server {
     listen          80;
     server_name     big.server.com;
     access_log      logs/big.server.access.log main;
     charset utf-8;
     client_max_body_size 10M; # 限制用户上传文件大小，默认1M
     location / {
       # 使用proxy_pass转发请求到通过upstream定义的一组应用服务器
       proxy_pass      http://backend_server;
       proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
       proxy_set_header Host $http_host;
       proxy_redirect off;
       proxy_set_header X-Real-IP  $remote_addr;
     } 
   }
 }
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