Nginx3/4---通过Lua拓展Nginx

1.ngx_lua模块

ngx_lua模块通过将lua解释器集成进，可以采用lua脚本实现业务逻辑。

该模块具备以下功能：
高并发、非阻塞的处理各种请求。
Lua内建协程，这样可以很好的将异步回调转换成顺序调用的形式。
每个协程都有一个独立的全局环境（变量空间），继承于全局共享、只读的"comman data"。

得益于Lua协程的支持，ngx_lua在处理10000个并发请求时只需要很少的内存。根据测试ngx_lua处理每个请i去只需要2KB的内存，如果使用LuaJIT则会更少。

ngx_lua非常适合用于实现可扩展的、高并发的服务。

2.协程（Coroutine）

协程类似一种多线程，与多线程的区别有：

协程并非OS线程，所以创建、切换开销比线程相对要小。
协程与线程一样有自己的栈、局部变量等，但是协程的栈是在用户进程空间模拟的，所以创建、切换开销很小。

多线程程序是多个线程并发执行，也就是说在一瞬间有多个控制流在执行。而协程强调的是一种多个协程间协作的关系，只有当一个协程主动放弃执行权，另一个协程才能获得执行权，所以在某一瞬间，多个协程间只有一个在运行。

由于多个协程时只有一个在运行，所以对于临界区的访问不需要加锁，而多线程的情况则必须加锁。
多线程程序由于有多个控制流，所以程序的行为不可控，而多个协程的执行是由开发者定义的所以是可控的。

Nginx的每个 Worker进行都是在epoll或kqueue这样的事件模型之上，封装成协程，每个请求都有一个协程进行处理。

这正好与Lua内建协程的模型是一致的，所以即使ngx_lua需要执行Lua，相对C有一定的开销，但是依然能保证高并发能力。

3.Nginx进程模型

Nginx采用多进程模型，单Master–多Worker，Master进程主要用来管理Worker进程。
Worker进程采用单线程、非阻塞的事件模型（Event Loop，事件循环）来实现端口的监听及客户端请求的处理和响应，同时Worker还要处理来自Master的信号。Worker进程个数一般设置为机器CPU核数。

Master进程具体包括如下4个主要功能：
接受来自外界的信号。
向各个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。

4.HTTP请求

工作在7层模型之上OSI，通常用做HTTP的负载均衡、反向代理，接受到HTTP请求后，对这个请求进行处理，处理之后可以通过反向代理转发到后端服务器上，进行计算，返回结果它，它再返回给客户端。Nginx处理每个HTTP请求是分阶段的，分为11个阶段，不同阶段做不同工作。

lua可以给nginx开发模块，扩展功能，也是对不同阶段进行扩展，例如：日志阶段，开发日志模块。

• 划分阶段，架构清晰，可以在不同阶段进行扩展。

阶段	说明
post-read	读取请求内容阶段，nginx读取并解析完请求头之后立即开始运行
server-rewrite	server请求地址重写阶段
find-config	配置查找阶段，用来完成当前请求与location配置块之间的配对工作
rewrite（常用）	location请求重写阶段，当ngx_rewrite指令用于location中，就是在这个阶段运行的。
post-rewrite	请求地址重写提交阶段，当nginx完成rewrite阶段所有要求的内部跳转动作，如果rewrite阶段有这个要求的话
preaccess	访问权限检查准备阶段，ngx_limit_req和ngx_limit_zone在这个阶段运行，ngx_limit_req可以控制请求的访问频率，ngx_limit_zone可以控制访问的并发度
access	权限检查阶段，ngx_access在这个阶段运行，配置指令多是执行访问控制相关的任务，如检查用户的访问权限，检查用户的来来源IP是否合法
post-access	访问权限检查提交阶段
try-files	配置项try_files处理阶段
content	内容产生阶段，是所有请求处理阶段中最为重要的阶段，因为这个阶段的指令通常是用来生成HTTP响应内容的
log	日志模块处理阶段。

5.ngx_lua指令

ngx_lua属于nginx的一部分，它的执行都包含在nginx的11个步骤之中了，响应的处理阶段可以做到插入式处理，即可插拔式架构，不过nginx_lua并不是所有的阶段都会运行的；
另外指令可以在http、server、server if、location、location if几个范围进行配置：

指令	所处处理阶段	使用范围	解释
init_by_lua、init_by_lua_file	loading-config	http	nginx Master进程加载配置时执行；通常用于初始化全局配置/预加载Lua模块
init_work_by_lua、init_work_by_lua_file	starting-worker	http	每个Nginx Worker进程启动时调用的计时器，如果Master进程不允许则会在init_by_lua之后调用；通常用于定时拉取配置/数据，或者后端服务的健康检查
set_by_lua、set_by_lua_file	rewrite	server,server,if,location,location if	设置nginx变量，可以实现复杂的赋值逻辑；此处是阻塞的，Lua代码要做到非常快；
rewrite_by_lua、rewrite_by_lua_file	rewrite tail	http,server,location,location if	rewrite阶段处理，可以实现复杂的转发/重定向逻辑；
access_by_lua、access_by_lua_file	access tail	http,server,location,location if	请求访问阶段处理，用于访问控制
content_by_lua、content_by_lua_file	content	location,location if	内容处理器，接收请求处理并输出响应
header_filter_by_lua、header_filter_by_lua_file	output-header-filter	http,server,location,location if	设置header和cookie
body _filter_by_lua、body_filter_by_lua_file	output-body-filter	http,server,location,location if	对响应数据进行过滤，比如截断、替换。
log_by_lua、log_by_lua_file	log	http,server,location,location if	log阶段处理，比如记录访问量/统计平均响应时间

6.OpenRestry

概念：OpenRestry是一个基于Nginx与Lua的高性能Web平台，其内部集成了大量精良的Lua库、第三方模板以及大多数的依赖项。用于方便地搭建能够处理超高并发、扩展性极高的动态Web应用、Web服务和动态网关。

工作原理：OpenRestry通过汇聚各种设计精良的Nginx模块（主要由 OpenResty 团队自主开发），从而将Nginx有效地变成一个强大的通用Web应用平台。这样，Web开发人员和系统工程师可以使用Lua脚本语言调用Nginx支持的各种C以及Lua模块，快速构造出足以胜任10K乃至1000K以上单机并发连接的高性能Web应用系统。

目标：OpenRestry的目标是让你的Web服务直接跑在Nginx服务内部，充分利用Nginx的非阻塞I/O模型，不仅仅对HTTP客户端请求，甚至对远程后端诸如MySQL PostgreSQL Memcached Redis等都进行一致的高性能响应。

• 有了Lua之后，Ngnix不只是做简单的转发，还可以支持动态脚本，写逻辑，甚至可以访问数据库，成为业务服务器。

7.nginx_lua实例

content_by_lua：内容处理器，接收请求处理并输出响应。

该指令工作正在Nginx处理流程的content阶段，即内容产生阶段，是所有请求处理阶段中最为重要的阶段，因为这个阶段的指令通常是用来生成HTTP响应内容的；

输出：

$curl http://127.0.0.1/
$Hello,world