Nginx系列(6)：Web服务器分析(理论)
目录
一、Apache 的工作模式
1.apache三种工作模式
2.prefork的工作原理
3.worker的工作原理
4.event 基于事件机制的特性
二、支持高并发的Web服务器
三、Nginx详解
1.简介
2.Nginx 工作原理
3.Nginx 架构
4.Nginx 基础功能
5.Nginx IMAP/POP3 代理服务功能
6.Nginx 支持的操作系统
7.Nginx 结构与扩展
8.Nginx 其他HTTP功能
9.为什么选择Nginx
一、Apache 的工作模式
1.apache三种工作模式
我们都知道Apache有三种工作模块，分别为prefork、worker、event。
- prefork：多进程，每个请求用一个进程响应，这个过程会用到select机制来通知。
- worker：多线程，一个进程可以生成多个线程，每个线程响应一个请求，但通知机制还是select不过可以接受更多的请求。
- event：基于异步I/O模型，一个进程或线程，每个进程或线程响应多个用户请求，它是基于事件驱动（也就是epoll机制）实现的。
2.prefork的工作原理
如果不用“--with-mpm”显式指定某种MPM,prefork就是Unix平台上缺省的MPM.它所采用的预派生子进程方式也是 Apache1.3中采用的模式.prefork本身并没有使用到线程,2.0版使用它是为了与1.3版保持兼容性;另一方面,prefork用单独的子 进程来处理不同的请求,进程之间是彼此独立的,这也使其成为最稳定的MPM之一。
3.worker的工作原理
相对于prefork,worker是2.0版中全新的支持多线程和多进程混合模型的MPM.由于使用线程来处理,所以可以处理相对海量的请求,而 系统资源的开销要小于基于进程的服务器.但是,worker也使用了多进程,每个进程又生成多个线程,以获得基于进程服务器的稳定性.这种MPM的工作方 式将是Apache2.0的发展趋势。
4.event 基于事件机制的特性
一个进程响应多个用户请求，利用callback机制，让套接字复用，请求过来后进程并不处理请求，而是直接交由其他机制来处理，通过epoll机制来通知请求是否完成；在这个过程中，进程本身一直处于空闲状态，可以一直接收用户请求。可以实现一个进程程响应多个用户请求。支持持海量并发连接数，消耗更少的资源。
二、支持高并发的Web服务器
有几个基本条件：
1.基于线程，即一个进程生成多个线程，每个线程响应用户的每个请求。
2.基于事件的模型，一个进程处理多个请求，并且通过epoll机制来通知用户请求完成。
3.基于磁盘的AIO（异步I/O）
4.支持mmap内存映射，mmap传统的web服务器，进行页面输入时，都是将磁盘的页面先输入到内核缓存中，再由内核缓存中复制一份到web服务器上，mmap机制就是让内核缓存与磁盘进行映射，web服务器，直接复制页面内容即可。不需要先把磁盘的上的页面先输入到内核缓存去。
刚好，Nginx 支持以上所有特性。所以Nginx官网上说，Nginx支持50000并发，是有依据的。好了，基础知识就说到这边下面我们来谈谈我们今天讲解的重点Nginx。
三、Nginx详解
1.简介
传统上基于进程或线程模型架构的web服务通过每进程或每线程处理并发连接请求，这势必会在网络和I/O操作时产生阻塞，其另一个必然结果则是对内存或CPU的利用率低下。生成一个新的进程/线程需要事先备好其运行时环境，这包括为其分配堆内存和栈内存，以及为其创建新的执行上下文等。这些操作都需要占用CPU，而且过多的进程/线程还会带来线程抖动或频繁的上下文切换，系统性能也会由此进一步下降。
另一种高性能web服务器/web服务器反向代理：Nginx（Engine X），nginx的主要着眼点就是其高性能以及对物理计算资源的高密度利用，因此其采用了不同的架构模型。受启发于多种操作系统设计中基于“事件”的高级处理机制，nginx采用了模块化、事件驱动、异步、单线程及非阻塞的架构，并大量采用了多路复用及事件通知机制。在nginx中，连接请求由为数不多的几个仅包含一个线程的进程worker以高效的回环(run-loop)机制进行处理，而每个worker可以并行处理数千个的并发连接及请求。
2.Nginx 工作原理
Nginx会按需同时运行多个进程：一个主进程(master)和几个工作进程(worker)，配置了缓存时还会有缓存加载器进程(cache loader)和缓存管理器进程(cache manager)等。所有进程均是仅含有一个线程，并主要通过“共享内存”的机制实现进程间通信。主进程以root用户身份运行，而worker、cache loader和cache manager均应以非特权用户身份运行。
主进程主要完成如下工作：
- 读取并验正配置信息；
- 创建、绑定及关闭套接字；
- 启动、终止及维护worker进程的个数；
- 无须中止服务而重新配置工作特性；
- 控制非中断式程序升级，启用新的二进制程序并在需要时回滚至老版本；
- 重新打开日志文件；
- 编译嵌入式perl脚本；
worker进程主要完成的任务包括：
- 接收、传入并处理来自客户端的连接；
- 提供反向代理及过滤功能；
- nginx任何能完成的其它任务；
注：如果负载以CPU密集型应用为主，如SSL或压缩应用，则worker数应与CPU数相同；如果负载以IO密集型为主，如响应大量内容给客户端，则worker数应该为CPU个数的1.5或2倍。
3.Nginx 架构
Nginx的代码是由一个核心和一系列的模块组成, 核心主要用于提供Web Server的基本功能，以及Web和Mail反向代理的功能；还用于启用网络协议，创建必要的运行时环境以及确保不同的模块之间平滑地进行交互。不过，大多跟协议相关的功能和某应用特有的功能都是由nginx的模块实现的。这些功能模块大致可以分为事件模块、阶段性处理器、输出过滤器、变量处理器、协议、upstream和负载均衡几个类别，这些共同组成了nginx的http功能。事件模块主要用于提供OS独立的(不同操作系统的事件机制有所不同)事件通知机制如kqueue或epoll等。协议模块则负责实现nginx通过http、tls/ssl、smtp、pop3以及imap与对应的客户端建立会话。在Nginx内部，进程间的通信是通过模块的pipeline或chain实现的；换句话说，每一个功能或操作都由一个模块来实现。例如，压缩、通过FastCGI或uwsgi协议与upstream服务器通信，以及与memcached建立会话等。
4.Nginx 基础功能
- 处理静态文件，索引文件以及自动索引；
- 反向代理加速(无缓存)，简单的负载均衡和容错；
- FastCGI，简单的负载均衡和容错；
- 模块化的结构。过滤器包括gzipping, byte ranges, chunked responses, 以及 SSI-filter 。在SSI过滤器中，到同一个 proxy 或者 FastCGI 的多个子请求并发处理；
- SSL 和 TLS SNI 支持；
5.Nginx IMAP/POP3 代理服务功能
- 使用外部 HTTP 认证服务器重定向用户到 IMAP/POP3 后端；
- 使用外部 HTTP 认证服务器认证用户后连接重定向到内部的 SMTP 后端；
- 认证方法：
- POP3: POP3 USER/PASS, APOP, AUTH LOGIN PLAIN CRAM-MD5;
- IMAP: IMAP LOGIN;
- SMTP: AUTH LOGIN PLAIN CRAM-MD5;
- SSL 支持；
- 在 IMAP 和 POP3 模式下的 STARTTLS 和 STLS 支持；
6.Nginx 支持的操作系统
- FreeBSD 3.x, 4.x, 5.x, 6.x i386; FreeBSD 5.x, 6.x amd64;
- Linux 2.2, 2.4, 2.6 i386; Linux 2.6 amd64;
- Solaris 8 i386; Solaris 9 i386 and sun4u; Solaris 10 i386;
- MacOS X (10.4) PPC;
- Windows 编译版本支持 windows 系列操作系统;
7.Nginx 结构与扩展
- 一个主进程和多个工作进程，工作进程运行于非特权用户；
- kqueue (FreeBSD 4.1+), epoll (Linux 2.6+), rt signals (Linux 2.2.19+), /dev/poll (Solaris 7 11/99+), select, 以及 poll 支持；
- kqueue支持的不同功能包括 EV_CLEAR, EV_DISABLE （临时禁止事件）， NOTE_LOWAT, EV_EOF, 有效数据的数目，错误代码；
- sendfile (FreeBSD 3.1+), sendfile (Linux 2.2+), sendfile64 (Linux 2.4.21+), 和 sendfilev (Solaris 8 7/01+) 支持；
- 输入过滤 (FreeBSD 4.1+) 以及 TCP_DEFER_ACCEPT (Linux 2.4+) 支持；
- 10,000 非活动的 HTTP keep-alive 连接仅需要 2.5M 内存。
- 最小化的数据拷贝操作；
8.Nginx 其他HTTP功能
- 基于IP 和名称的虚拟主机服务；
- Memcached 的 GET 接口；
- 支持 keep-alive 和管道连接；
- 灵活简单的配置；
- 重新配置和在线升级而无须中断客户的工作进程；
- 可定制的访问日志，日志写入缓存，以及快捷的日志回卷；
- 4xx-5xx 错误代码重定向；
- 基于 PCRE 的 rewrite 重写模块；
- 基于客户端 IP 地址和 HTTP 基本认证的访问控制；
- PUT, DELETE, 和 MKCOL 方法；
- 支持 FLV （Flash 视频）；
- 带宽限制；
9.为什么选择Nginx
- 在高连接并发的情况下，Nginx是Apache服务器不错的替代品: Nginx在美国是做虚拟主机生意的老板们经常选择的软件平台之一. 能够支持高达 50,000 个并发连接数的响应, 感谢Nginx为我们选择了 epoll and kqueue 作为开发模型。
- Nginx作为负载均衡服务器: Nginx 既可以在内部直接支持 Rails 和 PHP 程序对外进行服务, 也可以支持作为 HTTP代理 服务器对外进行服务. Nginx采用C进行编写, 不论是系统资源开销还是CPU使用效率都比 Perlbal 要好很多。
- 作为邮件代理服务器: Nginx 同时也是一个非常优秀的邮件代理服务器（最早开发这个产品的目的之一也是作为邮件代理服务器）, Last.fm 描述了成功并且美妙的使用经验.
- Nginx 是一个 [#installation 安装] 非常的简单 , 配置文件 非常简洁（还能够支持perl语法）,Bugs 非常少的服务器: Nginx 启动特别容易, 并且几乎可以做到7*24不间断运行，即使运行数个月也不需要重新启动. 你还能够 不间断服务的情况下进行软件版本的升级 。
- Nginx 的诞生主要解决C10K问题。
好了，准备工作至此为止，关于Nginx的大范畴的理论部分不再赘述了，接下来开始玩耍Nginx应用，希望有所收获……