2020-03-21 Nginx介绍

1. Nginx介绍

1.1 Nginx是什么

Nginx与Apache软件类似，Nginx（“engine x”）是一个开源的、支持高性能、高并发的WWW服务和代理服务软件。最初被应用在俄罗斯的大型网站www.rambler.ru上，后来作者将源代码以类BSD许可证的形式开源出来供全球使用。
Nginx因具有高并发（特别是静态资源）、占用系统资源少等特性且功能丰富而逐渐流行起来，到目前为止大有赶超Apache，而获得第一的趋势。
从软件大的功能应用方面来看，Nginx不仅是一个优秀的Web服务软件，还具有反向代理负载均衡功能和缓存服务功能。在反向代理负载均衡功能方面，它类似于大名鼎鼎的LVS负载均衡以及Haproxy专业代理软件，但是Nginx部署起来更为简单、方便；在缓存服务功能方面，它又类似于Squid等专业的缓存服务软件。
Nginx可以运行在Unix、Linux、BSD、Mac OS X、Solaris，以及Microsoft Windows等操作系统中。随着Nginx在国内很多大型网站的稳定高效运行，其近两年也逐渐被越来越多的中小型网站所使用。当前流行的Nginx Web组合被称为LNMP或LEMP（即Linux Nginx MySQL PHP）。

1.2 Nginx软件的使用排名

Web Server排行

1.3 Nginx的重要特性及应用场合

1.3.1 Nginx的重要特性

Nginx具备如下基本特性：

• 可针对静态资源高速高并发访问及缓存。
• 可使用反向代理加速，并且可进行数据缓存。
• 具有较完善的负载均衡、节点健康检查和容错功能。
• 支持远程FastCGI服务的缓存加速。
• 支持FastCGI、Uwsgi、SCGI、and Memcached Servers的加速和缓存。
• 支持SSL、TLS、SNI。
• 具有模块化的架构：过滤器包括gzip压缩、ranges支持、chunked响应、XSLT、SSI及图像缩放等功能。在SSI过滤器中，一个包含多个SSI的页面，如果经由FastCGI或反向代理处理，可被并行处理。

它所具备的其他WWW服务特性如下：

• 支持基于名字、端口以及IP的多虚拟主机站点。
• 支持Keep-alive和pipelined连接。
• 可进行简单、方便、灵活的配置和管理。
• 支持修改Nginx配置，并且在代码上线时，可平滑重启，不中断业务访问。
• 可自定义访问日志格式，临时缓冲写日志操作，快速日志轮询及通过rsyslog处理日志。
• 可利用信号控制Nginx进程。
• 支持3xx-5xx HTTP状态码重定向。
• 支持rewrite模块，支持URI重写及正则表达式匹配。
• 支持基于客户端IP地址和HTTP基本认证的访问控制。
• 支持PUT、DELETE、MKCOL、COPY以及MOVE等较特殊的HTTP请求方法。
• 支持FLV流和MP4流技术产品应用。
• 支持HTTP相应速率限制。
• 支持同一IP地址的冰法连接或请求数限制。
• 支持HTTP、TCP、UDP、邮件服务等多种协议服务代理能力。

企业面试时需要解答如下Nginx HTTP服务器的特色及优点：

• 支持高并发：能支持几万并发连接（特别是静态小文件业务环境下）。
• 资源消耗小：在3万并发连接下，开启10个Nginx线程消耗不到200MB内存。
• 可以做HTTP反向代理及加速缓存，即负载均衡功能，内置对RS节点服务器健康检查功能，这相当于专业的Haproxy软件或LVS功能。
• 具备Squid等专业缓存软件等的缓存功能。
• 支持异步网络IO事件模型epoll（Linux 2.6+）。
• 最新版同时支持HTTP、TCP、UDP、邮件服务等多种协议服务代理能力。

1.3.2 Nginx软件的主要企业功能应用

（1）作为Web服务软件
Nginx是一个支持高性能、高并发的Web服务软件，它具有很多优越的特性，作为Web服务器，和Apache相比，Nginx能够支持更多的并发连接访问，而占用的资源却更少，效率更高，在功能上也强大了很多，几乎不逊色于Apache，而且Nginx更新频率更快，社区用户更火爆。
（2）反向代理或负载均衡服务
在反向代理或负载均衡服务方面，Nginx可以作为Web服务、PHP等动态服务及Memcached缓存的代理服务器，它具有类似专业反向代理软件（如Haproxy）的功能，同时也是一个优秀的邮件代理服务软件（最早开发这个产品的目的之一也是作为邮件代理服务），在Nginx的代理功能方面，已经支持TCP和UDP的代理，Nginx的代理功能已经越来越强大了。
（3）前端业务数据缓存服务
在Web缓存服务方面，Nginx可通过自身的proxy_cache模块实现类Squid等专业缓存软件的功能。
Nginx的这三大功能（作为Web服务软件、反向代理或负载均衡服务、前端业务数据缓存服务）是国内用户使用Nginx的主要场景。

2. Nginx Web服务

2.1 Nginx Web服务介绍

Nginx作为Web服务器的主要应用场景：

• 使用Nginx运行HTML、JS、CSS、小图片等静态数据（此功能类似Lighttpd软件）。
• 使用Nginx运行MP4、FLV等视频流媒体服务。
• Nginx结合FastCGI运行PHP等动态程序（常用fastcgi_pass方式）。
• Nginx结合Tomcat/Resin等支持Java动态程序（常用proxy_pass方式）。
• Nginx结合Uwsgi等支持Python动态程序（常用uwsgi_pass方式）。

2.2 Nginx与其他Web软件产品的对比说明

Apache软件的特点如下：

• 2.2版本非常稳定强大，据官方说，其2.4版本性能更强。
• Prefork模式取消了进程创建开销，性能很高。
• 处理动态业务数据时，因关联到后端的引擎和数据库，瓶颈不在于Apache本身上。
• 高并发时消耗系统资源相对多一些。
• 基于传统的select模型，高并发功能有限。
• 支持扩展库，可通过DSO、apxs方法编译安装额外的插件功能，不需要重新编译Apache。
• 功能多，更稳定，更安全，插件也多。
• 市场份额在逐年递减，截至2020年3月已经降到39.9%。

Nginx软件的特点如下：

• 基于异步网络I/O模型（epoll、kqueue）。
• 具备支持高性能，高并发的特性，并发连接可达数万。
• 对小文件（小于1MB的静态文件）高并发支持很好，性能很高。
• 不支持类似Apache的DSO模式，扩展库必须编译进主程序（缺点）。
• 进程占用系统资源比较低。
• 支持动态Web、反向代理、缓存三大重点功能，并且都很优秀。
• 市场份额在逐年快速增加，截至2020年3月已经升到31.8。

Lighttpd的特点如下：

• 基于异步网络I/O模型，性能、并发都和Nginx相近。
• 扩展库是SO模式，比Nginx灵活。
• 目前国内的使用率比较低，安全性没有Apache和Nginx好。
• 通过插件（mod_secdownload）可实现文件URL地址加密（优点）。
• 社区不活跃，市场份额较低，截至2020年3月已经降到0.1%。

2.3 Web服务产品的性能对比测试

下图为各种Web服务产品在静态数据访问性能上的对比，从图中可以看出，处理静态小文件（小于1MB）时，Nginx和Lighttpd比Apache更有优势，Nginx处理小文件优势明显，Lighttpd综合性最强。

主流Web服务静态数据性能对比图

下图是各类Web服务器在动态数据性能上的对比，从图中可以看出，在处理动态数据时，三者的差距不大，但apache更有优势一点。这是因为处理动态数据的能力取决于PHP（java）和后端数据库提供的服务能力，也就是说瓶颈不在Web服务器上。一般情况下普通PHP引擎支持的并发连接参考值为300~1000，Java引擎的并发连接参考值为300~1500，而数据库的并发连接参考值为300~1500。业务场景及网站架构的不同，也会导致并发连接数上下浮动。

主流Web动态数据性能对比图

2.4 为什么Nginx总体性能比Apache高

Nginx使用最新的epoll（Linux2.6内核）和kqueue（freebsd）异步网络I/O模型，而Apache则使用的是传统的select模型。目前Linux下能够承受高并发访问的Squid、Memcached软件都采用的是epoll模型。
处理大量连接的读写，Apache所采用的select网络I/O模型比较低效。下面用两个通俗的比喻来解释Apache采用的select模型和Nginx采用的epoll模型之间的区别。
1. 第一个比喻
假设你在大学读书，住的宿舍楼有很多间房间，你的朋友要来找你。“select版”宿管人员会带着你的朋友挨个房间去找，知道找到你为止。而“epoll版”宿管人员会先记下每位入住同学的房间号，当你的朋友来找你时，他只需告诉你的朋友你住在哪个房间即可，不用亲自带着你的朋友满宿舍楼找人。如果同时来了100个人，都要找自己住在这栋楼的同学，select版和epoll版宿管人员，谁的效率更高，就很明显了。
2. 第二个比喻
select的调用复杂度是线性的，即O(n)。举个例子，一个保姆照看一群孩子，如果把孩子是否需要上厕所比作网络I/O事件，select的作用就好比这个保姆挨个询问每个孩子：你要上厕所吗？如果孩子回答是，保姆把孩子领出来放到另外一个地方。当询问完所有的孩子之后，保姆领着这些要上厕所的孩子去厕所（处理网络I/O事件）。
还是以保姆照看一群孩子为例，在epoll机制下，保姆不再需要挨个询问每个孩子是否需要上厕所。取而代之的是，每个孩子如果需要上厕所，自己主动去实现约定好的地方，而保姆的职责就是查看事先约定好的地方是否有孩子。如果有小孩，则领着孩子去厕所（网络事件处理）。因此，epoll的这种机制，能够高效地处理成千上万的并发连接，而且性能不会随着连接的增加而下降太多。
3. Apache select和Nginx epoll的区别

Apache select和Nginx epoll的区别