Nginx原理

一、Nginx的模块

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：

• 核心模块：HTTP模块、EVENT模块和MAIL模块
• 基础模块：HTTP Access模块、HTTP FastCGI模块、HTTP Proxy模块和HTTP Rewrite模块，
• 第三方模块：HTTP Upstream Request Hash模块、Notice模块和HTTP Access Key模块。

Nginx的模块从功能上分为如下三类。

• 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 （代理类模块）。此类模块是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等进行交互，实现服务代理和负载均衡等功能。

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Nginx本身做的工作实际很少，当它接到一个HTTP请求时，它仅仅是通过查找配置文件将此次请求映射到一个location block，而此location中所配置的各个指令则会启动不同的模块去完成工作，因此模块可以看做Nginx真正的劳动工作者。通常一个location中的指令会涉及一个handler模块和多个filter模块（当然，多个location可以复用同一个模块）。handler模块负责处理请求，完成响应内容的生成，而filter模块对响应内容进行处理。

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，不像Apache，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。

二、Nginx的多进程IO模型

1. IO模型：blocking I/O

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从图宏观来看，左侧为应用程序，右侧为内核，当应用程序的进程使用recvform函数发起对内核的调用，内核开始准备数据，一般来说内核需要收到一个完整的数据包（如UDP），不会很快，因此应用程序的进程处于阻塞等待的状态，待内核将数据准备好，它将数据从内核拷贝到用户内存，内核才会返回结果，然后应用程序解除阻塞状态，去处理下一步请求，从本次过程，做过开发的基本都能理解，平时程序都是属于这种阻塞的同步调用方式。

2. IO模型：nonblocking I/O

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从图可以看出，应用程序进程当使用recvform函数对内核发起调用时，内核立即返回一个数据没有准备好的结果，进程通过轮询不断的去请求内核，询问数据是否给老子准备好了，知道内核返回结果，说已经准备好了，进程才结束轮询。

跟阻塞IO对比，进程本地不必阻塞等待，而是隔三差五的通过轮询调用，在这个过程中，会大量的占用CPU的时间，所以一般Web服务器都不使用这种I/O模型。

3. IO模型：I/O multiplexing (select and poll)

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多路复用模型新增了几个函数：select、poll、epoll(Linux2.6以后的内核开始支持)，这几个函数也会使进程阻塞，但是和阻塞I/O所不同的，这两个函数可以同时阻塞多个I/O操作，而且可以同时对多个读操作，多个写操作的I/O函数进行监测，直到有数据可读或可写时，才真正调用I/O操作函数，说直白一点就是他们可以监控多个内核的IO操作，一个顶仨，一个select会监测多个socket，当内核准备好其中一个数据时，select会立即通知进行，赶快使用recvform调用内核，让内核抓紧开始拷贝数据到用户内存，如此，它比阻塞IO好处就是一次能处理多个连接，而阻塞IO只能处理一个。

其中还有一个点，就是epoll、poll要比select要高级一点，他们是无轮询的，因为他们用callback，select需要通过遍历Socket来完成调度，如果socket多，那肯定是需要浪费CPU时间的，而epoll和poll使用回调函数，给套接字注册个回调函数，当他们活跃时，自动完成相关操作，就避免了轮询，这些函数实际是阻塞进程的。

4. IO模型：signal driven I/O (SIGIO)

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信号驱动IO，应用程序进程建立SIGIO处理函数调用内核，内核会立即返回数据没有准备好的信号，进程不再阻塞，待内核准备好后，发送SIGIO信号给用户进程，然后用户进程通过阻塞的方式使用recvform函数调用内核，让内核把数据拷贝到用户内存，并返回拷贝结果。看到此处是不是似曾相识，其实这有点回调的意思了。

5. IO模型：asynchronous I/O (the POSIX aio_functions)

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异步IO，也就是AIO，这个过程其实就非常简单，应用程序进程调用内核，内核返回数据没有准备好消息，进程继续去干别的事情，待内核准备好数据，并且拷贝到用户内存，才通知进程已完成数据拷贝，因此，可以看出这种IO方式是效率最高的。

三、nginx的优化

1. nginx.conf优化

user nginx ;  
pid /var/run/nginx.pid;
worker_processes auto;          #定义了nginx对外提供web服务时的worder进程数。
worker_rlimit_nofile 100000;    #worker进程的最大打开文件数限制

2. Events模块

events {
    worker_connections 2048;    #设置可由一个worker进程同时打开的最大连接数
    multi_accept on;            #告诉nginx收到一个新连接通知后接受尽可能多的连接
    use epoll;                  #用于复用客户端线程的轮询方法
}

3. HTTP 模块

http {
    server_tokens off;          #关闭在错误页面中的nginx版本
    sendfile on;                #
    tcp_nopush on;              #告诉nginx在一个数据包里发送所有头文件，而不一个接一个的发送
    tcp_nodelay on;             #告诉nginx不要缓存数据，而是一段一段的发送
                                #当需要及时发送数据时，就应该给应用设置这个属性，
                                #这样发送一小块数据信息时就不能立即得到返回值。
    access_log off;
    error_log /var/log/nginx/error.log crit;
    ...
}

timeout设置

    keepalive_timeout 10;       #给客户端分配keep-alive链接超时时间。服务器将在这个超时时间过后关闭链接。

    client_header_timeout 10;   #设置请求头
    client_body_timeout 10;     #和请求体(各自)的超时时间。我们也可以把这个设置低些。

    reset_timedout_connection on;
                                #告诉nginx关闭不响应的客户端连接。这将会释放那个客户端所占有的内存空间。
    send_timeout 10;            #在两次客户端读取操作这段时间内，客户端没有读取任何数据，nginx就会关闭连接。

连接限制

    limit_conn_zone $binary_remote_addr zone=addr:5m;
                                #设置用于保存各种key（比如当前连接数）的共享内存的参数
    limit_conn addr 100;        #我们允许每一个IP地址最多同时打开有100个连接

type

    include /etc/nginx/mime.types;
    default_type text/html;
    charset UTF-8;

gzip

    gzip on;                            #采用gzip压缩的形式发送数据
    gzip_disable "msie6";               #为指定的客户端禁用gzip功能

    # gzip_static on;
    gzip_proxied any;                   #允许或者禁止压缩基于请求和响应的响应流。我们设置为any，意味着将会压缩所有的请求
    gzip_min_length 1000;               #设置对数据启用压缩的最少字节数
    gzip_comp_level 4;                  #设置数据的压缩等级。这个等级可以是1-9之间的任意数值，9是最慢但是压缩比最大的
    gzip_types text/plain
              text/css
              application/json
              application/x-javascript
              text/xml
              application/xml
              application/xml+rss
              text/javascript;          #设置需要压缩的数据格式

file_cache

    open_file_cache max=100000 inactive=20s;
                                #打开缓存的同时也指定了缓存最大数目，以及缓存的时间。
                                #我们可以设置一个相对高的最大时间，这样我们可以在它们不活动超过20秒后清除掉
    open_file_cache_valid 30s;  #在open_file_cache中指定检测正确信息的间隔时间。
    open_file_cache_min_uses 2; #定义了open_file_cache中指令参数不活动时间期间里最小的文件数。
    open_file_cache_errors on;  #指定了当搜索一个文件时是否缓存错误信息

    include /etc/nginx/conf.d/*.conf;

buffer

    server_names_hash_bucket_size 128;  #服务器名字的hash表大小
    client_header_buffer_size 32k;      #用于设置客户端请求的Header头缓冲区的大小，一般1kb就够用
    large_client_header_buffers 4 64k;  #设置客户端请求的Header头缓冲区大小，默认为4K。客户端请求行不能超过设置的第一个数，请求的Header头信息不能大于设置的第二个数，否则会报"Request URI too large"(414)或“Bad request”(400)错误。如果客户端的Cookie信息较大，则需增加缓冲区大小
    client_max_body_size 8m;            #上传文件大小限制

4. proxy_pass

    proxy_buffering    off;
    proxy_buffer_size  128k;
    proxy_buffers 100  128k;