Linux服务——http协议及nginx服务

目录

一、HTTP协议

1、跨网络的主机间通讯方式

套接字相关的系统调用

2、HTTP协议访问网站的过程

3、http协议状态码分类

常见的http协议状态码

4、MIME

5、URL组成

6、HTTP协议版本

7、系统处理http请求的工作模式

8、apache与nginx的区别

 二、I/O模型

I/O模型相关概念

事件驱动模型

三、Nginx服务

1、nginx模块

2、安装nginx

yum安装nginx

编译安装nginx

3、nginx信号

4、nginx服务调优

1）根据cpu数量配置master有多少个worker子进程

2） 关闭或修改版本

3）cpu与work进程绑定

4）nginx进程的优先级（work进程的优先级） 

5）设置nginx可打开的文件个数 

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一、HTTP协议

1、跨网络的主机间通讯方式

跨网络的主机间通讯方式：套接字

套接字Socket是进程间通信IPC的一种实现，允许位于不同主机（或同一主机）上不同进程之间进行通信和数据交换，SocketAPI出现于1983年 BSD 4.2实现在建立通信连接的每一端，进程间的传输要有两个标志：IP地址和端口号，合称为套接字地址 socket address

• 客户机套接字地址定义了一个唯一的客户进程

• 服务器套接字地址定义了一个唯一的服务器进程

套接字相关的系统调用

• socket() 创建一个套接字

• bind() 绑定IP和端口

• listen() 监听

• accept() 接收请求

• connect() 请求连接建立

• write() 发送

• read() 接收

• close() 关闭连接

2、HTTP协议访问网站的过程

建立连接---->接收请求---->处理请求---->访问资源---->构建响应报文---->发送响应报文---->记录日志

3、http协议状态码分类

1xx：100-101 信息提示
2xx：200-206 成功
3xx：300-307 重定向
4xx：400-415 错误类信息，客户端错误
5xx：500-505 错误类信息，服务器端错误

常见的http协议状态码

200： 成功，请求数据通过响应报文的entity-body部分发送;OK
301： 请求的URL指向的资源已经被删除；但在响应报文中通过首部Location指明了资源现在所处的新位置；Moved Permanently
302： 响应报文Location指明资源临时新位置 Moved Temporarily
304： 客户端发出了条件式请求，但服务器上的资源未曾发生改变，则通过响应此响应状态码通知客户端；Not Modified
307:  浏览器内部重定向
401： 需要输入账号和密码认证方能访问资源；Unauthorized
403： 请求被禁止；Forbidden
404： 服务器无法找到客户端请求的资源；Not Found（客户端的错误，如dns找不到网页，网址输入错误等）
500： 服务器内部错误；（大概率服务器宕机了）
502： 代理服务器从后端服务器收到了一条伪响应，如无法连接到网关；Bad Gateway
503： 服务不可用，临时服务器维护或过载，服务器无法处理请求,比如:php服务停止,无法处理php程序
504： 网关超时

4、MIME

MIME : Multipurpose Internet Mail Extensions 多用途互联网邮件扩展

文件 /etc/mime.types ,来自于mailcap包

MIME格式：type/subtype

如果你访问的文件类型在文件/etc/mime.type内，可以直接打开访问，若不在则是下载。 

5、URL组成

URL：Uniform Resorce Locator，统一资源定位符，用于描述某服务器某特定资源位置

URN：Uniform Resource Naming，统一资源命名

二者区别：URN如同一个人的名称，而URL代表一个人的住址。换言之，URN定义某事物的身份，而URL提供查找该事物的方法。URN仅用于命名，而不指定地址。

URL组成：

://:@:/;?#

scheme:方案，访问服务器以获取资源时要使用哪种协议
user:用户，某些方案访问资源时需要的用户名
password:密码，用户对应的密码，中间用：分隔
Host:主机，资源宿主服务器的主机名或IP地址
port:端口,资源宿主服务器正在监听的端口号，很多方案有默认端口号
path:路径,服务器资源的本地名，由一个/将其与前面的URL组件分隔
params:参数，指定输入的参数，参数为名/值对，多个参数，用;分隔
query:查询，传递参数给程序，如数据库，用？分隔,多个查询用&分隔
frag:片段,一小片或一部分资源的名字，此组件在客户端使用，用#分隔

6、HTTP协议版本

主要介绍http/0.9版本、http/1.0版本以及http/1.1版本的区别

版本	区别
http/0.9	只有个GET命令，即下载命令
http/1.0	不仅有GET命令，还有POST命令，即上传命令
http/1.1	除了1.0版本有的，还支持长连接

长连接（持久连接）：一次三次握手，多次四次挥手。简单理解就是，建立一个进程，可以有多次请求，用完继续使用，绿色又环保；但是可以设置默认超时时间，一般默认超时时间是15秒。

7、系统处理http请求的工作模式

工作模式有：prefork、worker、event

prefork：多进程I/O模型，每个进程响应一个请求。简单理解就是，来一个请求，开一个进程，来一个，开一个，很浪费系统资源。

worker：复用的多进程I/O模型，多进程多线程。有一个主进程，生成多个子进程，子进程生成多个线程，每个线程响应一个请求，并发送响应请求；每个请求完成后，不主动向父进程反馈自己已完成，得等到超时之后，才返回。

event：事件驱动模型（worker的变种），centeos8的默认模型。在worker模式的基础上，添加了一个监工线程，专门监视线程是否已完成响应，完成后，为其分配其他请求。

工作模式	优点	缺点
prefork	稳定	速度慢，占用资源，不适用于高并发场景
worker	相对于prefork占用内存较少，可以同时处理更多请求	使用keep-alive的长连接方式，某个线程会一直被占据，即使没有传输数据，也需要一直等待到超时才会被释放。如果过多的线程，被这样占据，也会导致在高并发场景下的无服务线程可用。
event	单线程响应多请求，占据更少的内存，高并发下表现更优秀，会有一个专门的线程来管理keep-alive类型的线程，当有真实请求过来的时候，将请求传递给服务线程，执行完毕后，又允许它释放	没有线程安全控制

8、apache与nginx的区别

nginx：

• 轻量级，采用c进行编写，同样的web服务，会占用更少的内存及资源
• 抗并发，处理请求是异步非阻塞的，负载能力比apache高很多，在高并发下能保持低资源低消耗高性能
• 处理静态文件的性能好，静态处理性能比apache高三倍以上
• 设计高度模块化，编写模块相对简单
• 配置简洁，正则配置让很多事情变得简单，而且改完配置能使用-t测试配置是否有问题
• 支持7层负载均衡，7层负载均衡可以有效防止ddos攻击
• nginx本身就是一个反向代理服务器，也可以用来做邮件代理服务器使用，但基本上不用其做邮件代理服务器

apache：

• apache的重写功能（rewrite）比nginx强大
• 模块多
• 更为成熟，bug少
• 对php支持比较简单，nginx需要配合其他后端用
• 处理动态请求有优势

两者最核心的区别：apache是同步多进程模型，一个连接对应一个进程；nginx是异步非阻塞模型，多个连接可以对应一个进程（万级别）

 二、I/O模型

Linux的 I/O

磁盘I/O：磁盘I/O是进程向内核发起系统调用，请求磁盘上的某个资源比如是html 文件或者图片，然后内核通过相应的驱动程序将目标文件加载到内核的内存空间，加载完成之后把数据从内核内存再复制给进程内存，如果是比较大的数据也需要等待时间。

网络I/O：一切皆文件,本质为对socket文件的读写。网络通信就是网络协议栈到用户空间进程的IO就是网络IO

网络请求的过程：

1、客户端发起请求，先发送到服务器的网卡，服务器网卡接收客户端的请求

2、服务器网卡将收到的报文复制到内核空间中，进行解析，然后调用用户空间

3、再将报文复制到用户空间，再次对报文进行解析，解析出客户端请求的内容

4、解析完之后，将需求反馈给内核空间，再通过内核去磁盘找所需文件，因为应用程序没有权限从磁盘直接读取文件

5、再磁盘找到文件之后，将文件加载到内核中，通过内核复制给用户空间

6、用户空间再将文件构建成响应报文，交给内核，通过内核复制给网卡

7、最后通过网卡发送响应报文给客户端

整体过程，来回在内核空间——用户空间——内核空间切换复制，很消耗系统资源，可以对其进行优化处理。

I/O模型相关概念

同步，异步，阻塞和非阻塞

同步：被调用者并不提供事件的处理结果相关的通知消息，需要调用者主动询问事情是否处理完成。就例如，公司领导让你做一件事，你做完之后，不给领导反馈你做完了，直到领导过来问你做没做完，你这才回答你做完了。

异步：被调用者通过状态、通知或回调机制主动通知调用者被调用者的运行状态。与同步正好相反，你做完了就会反馈做完了，不需要领导来问你。

阻塞：指IO操作需要彻底完成后才返回到用户空间，调用结果返回之前，调用者被挂起，干不了别的事情。

非阻塞：指IO操作被调用后立即返回给用户一个状态值，而无需等到IO操作彻底完成，在最终的调用结果返回之前，调用者不会被挂起，可以去做别的事情。

事件驱动模型

事件驱动模型

	select	poll	epoll
操作方式	遍历	遍历	回调
底层实现	数组	链表	哈希表
IO效率	每次调用都进行线性遍历，时间复杂度O(n)	每次调用都进行线性遍历，时间复杂度O(n)	事件通知方式，每当fd就绪，系统注册的回调函数就会被调用，时间按复杂度O(1)
最大连接数	1024(x86) 2048(x64)	无上限	无上限
fd拷贝	每次调用select都需要把fd集合从用户拷贝到内核态	每次调用poll都需要把fd集合从用户态拷贝到内核态	调用epoll_ctl 时拷贝进内核并保存，之后每次epoll_wait不拷贝

三、Nginx服务

Nginx 功能介绍

• 静态的web资源服务器html，图片，js，css，txt等静态资源

• http/https协议的反向代理 7层

• 结合FastCGI/uWSGI/SCGI等协议反向代理动态资源请求

• tcp/udp协议的请求转发（反向代理） 4层

基础特性

• 模块化设计，较好的扩展性

• 高可靠性

• 支持热部署：不停机更新配置文件，升级版本，更换日志文件

• 低内存消耗：10000个keep-alive连接模式下的非活动连接，仅需2.5M内存

• event-driven,aio,mmap，sendfile

Web 服务相关的功能

• 虚拟主机（server）

• 支持 keep-alive 和管道连接(利用一个连接做多次请求)

• 访问日志（支持基于日志缓冲提高其性能）

• url rewirte

• 路径别名

• 基于IP及用户的访问控制

• 支持速率限制及并发数限制

• 重新配置和在线升级而无须中断客户的工作进程

1、nginx模块

• 核心模块：是 Nginx 服务器正常运行必不可少的模块，提供错误日志记录 、配置文件解析 、事件驱动机制 、进程管理等核心功能

• 标准HTTP模块：提供 HTTP 协议解析相关的功能，比如： 端口配置 、 网页编码设置 、 HTTP响应头设置 等等

• 可选HTTP模块：主要用于扩展标准的 HTTP 功能，让 Nginx 能处理一些特殊的服务，比如：Flash 多媒体传输 、解析 GeoIP 请求、 网络传输压缩 、 安全协议 SSL 支持等

• 邮件服务模块：主要用于支持 Nginx 的 邮件服务 ，包括对 POP3 协议、 IMAP 协议和 SMTP协议的支持

• Stream服务模块: 实现反向代理功能,包括TCP协议代理

• 第三方模块：是为了扩展 Nginx 服务器应用，完成开发者自定义功能，比如： Json 支持、 Lua 支持等

核心模块：core module
标准模块：
 HTTP 模块： ngx_http_*
 HTTP Core modules   #默认功能
 HTTP Optional modules #需编译时指定
 Mail 模块: ngx_mail_*
 Stream 模块 ngx_stream_*
第三方模块

2、安装nginx

yum安装nginx

1）先安装epel-release源

yum install -y epel-release

2）安装nginx

yum install nginx -y

编译安装nginx

1）安装环境依赖包，并创建nginx用户管理nginx

yum -y install gcc pcre-devel openssl-devel zlib-devel openssl  openssl-devel

#安装环境依赖包

useradd -M -s /sbin/nologin nginx

#新建nginx用户

2）下载nginx源码包

cd /opt/                #切换到/opt目录下

wget http://nginx.org/download/nginx-1.18.0.tar.gz                #官网下载安装包

 3）解压安装包，创建一个安装nginx的安装目录

tar xf nginx-1.18.0.tar.gz         #解压安装包
cd nginx-1.18.0/                #进入解压的安装包中

mkdir /apps/nginx -p        #创建安装目录

4）检测安装环境，编译安装

./configure 
--prefix=/apps/nginx \        #指定安装目录
--user=nginx \        #指定用户
--group=nginx \        #指定用户组
#以下全是安装的功能模块
--with-http_ssl_module \    
--with-http_v2_module \
--with-http_realip_module \
--with-http_stub_status_module \
--with-http_gzip_static_module \
--with-pcre \
--with-stream \
--with-stream_ssl_module \
--with-stream_realip_module

5）修改权限

chown -R nginx.nginx /apps/nginx        #将nginx的安装目录修改属主和属组

 安装好后的，安装目录中的配置文件功能

 启动nginx服务

方法一：使用绝对路径启动
/apps/nginx/sbin/nginx

方法二：创建软连接后，直接nginx启动
ln -s /apps/nginx/sbin/nginx  /usr/sbin/
nginx    #直接输入nginx启动

方法三：创建nginx的service文件，使用systemd管理
vim /usr/lib/systemd/system/nginx.service

#建立文件
[Unit]
Description=nginx - high performance web server
Documentation=http://nginx.org/en/docs/
After=network-online.target remote-fs.target nss-lookup.target
Wants=network-online.target
[Service]
Type=forking
PIDFile=/apps/nginx/logs/nginx.pid
#注意文件位置，如果不对 启动不了
ExecStart=/apps/nginx/sbin/nginx -c /apps/nginx/conf/nginx.conf
#注意启动文件位置
ExecReload=/bin/kill -s HUP $MAINPID
ExecStop=/bin/kill -s TERM $MAINPID
[Install]
WantedBy=multi-user.target

 使用第三种方法创建service文件为例

vim /usr/lib/systemd/system/nginx.service

 重新加载配置

systemctl   daemon-reload        #重新加载system配置文件

systemctl     start    nginx        #启动nginx服务

3、nginx信号

nginx 命令支持向其发送信号，实现不同功能

nginx 当做单独命令使用有以下选项

编译安装nginx，使用nginx命令前，需要将安装包中的nginx创建软连接至PATH环境下，或者将安装包中的/sbin/nginx拷贝到/usr/sbin/下

ln -s /apps/nginx/sbin/nginx  /usr/sbin/

 nginx  -v        显示nginx版本

 nginx   -V        显示编译安装的详细情况

 可以使用man手册来查看详细的信号 如果没安装，去源码包里找到man文件

 nginx  -s   信号(stop、quit、reload、reopen) 

nginx -s   stop   #立即关闭nginx
nginx -s   quit   #优雅退出   不影响业务的状态下退出
nginx -s   reload #重新加载
nginx -s   reopen #重新加载配置文件

nginx  -t      检查语法格式 

nginx -g 指定配置 不已配置文件中的为准

nginx -g 'user zhangsan;'   已张三身份运行，默认是以nginx身份
nginx -g 'daemon off;'    前台运行命令

4、nginx服务调优

1）根据cpu数量配置master有多少个worker子进程

全局配置文件/apps/nginx/conf/nginx.conf中修改：work_processes auto(表示根据cpu数量决定个数)。

2） 关闭或修改版本

关闭版本

修改版本，需要修改安装目录下的/src/core/nginx.h文件

vim /opt/nginx-1.18.0/src/core/nginx.h        #在源码包中

vim /opt/nginx-1.18.0/src/http/ngx_http_header_filter_module.c        #在源码包中

 然后重新编译安装，才算修改完成
注意：重新编译安装，如果nginx服务没有关，重新编译安装了，需要重启nginx服务，才能生效

3）cpu与work进程绑定

 将Nginx工作进程绑定到指定的CPU核心，默认Nginx是不进行进程绑定的，绑定并不是意味着当前nginx进程独占以一核心CPU，但是可以保证此进程不会运行在其他核心上，这就极大减少了nginx的工作进程在不同的cpu核心上的来回跳转，减少了CPU对进程的资源分配与回收以及内存管理等，因此可以有效的提升nginx服务器的性能。

修改安装目录文件下的nginx的配置文件

vim /apps/nginx/conf/nginx.conf

4）nginx进程的优先级（work进程的优先级） 

 当你想将nginx的work进程的优先级调高 可以使用nice设置，优先级范围是 -20到19，数值越小，优先级越高

5）设置nginx可打开的文件个数 

所有worker进程能打开的文件数量上限,包括:Nginx的所有连接（例如与代理服务器的连接等），而不仅仅是与客户端的连接,另一个考虑因素是实际的并发连接数不能超过系统级别的最大打开文件数的限制.最好与ulimit -n 或者limits.conf的值保持一致，所以需要联合ulimit.conf文件一起设置。