Nginx 性能优化

1. 当前系统结构瓶颈

• 首先需要了解的是当前系统瓶颈，用的是什么，跑的是什么业务。里面的服务是什么样子，每个服务最大支持多少并发。
• 可以通过查看当前 CPU 负荷，内存使用率，来做简单判断。
• 还可以通过操作系统的一些工具来判断当前系统性能瓶颈，如分析对应的日志，查看请求数量。
• 也可以通过 Nginx http_stub_status_module监控模块来查看对应的连接数，总握手次数，总请求数。

2. 了解业务模式

• 虽然我们是在做性能优化，但还是要熟悉业务，最终目的都是为业务服务的。
• 我们要了解每一个接口业务类型是什么样的业务，比如电子商务抢购模式，这种情况平时流量会很小，但是到了抢购时间，流量一下子就会猛涨。也要了解系统层级结构，每一层在中间层做的是代理还是动静分离，还是后台进行直接服务。

3. 操作系统与 Nginx 性能优化

对相关的系统瓶颈及现状有了一定的了解之后，就可以根据影响性能方面做一个全体的评估和优化。

• 网络（网络流量、是否有丢包，网络的稳定性都会影响用户请求）
• 系统（系统负载、内存使用率、系统的稳定性、硬件磁盘是否有损坏）
• 服务（连接优化、内核性能优化、http服务请求优化都可以在nginx中根据业务来进行设置）
• 程序（接口性能、处理请求速度、每个程序的执行效率）
• 数据库、底层服务

3.1. 系统文件句柄数

上面列举出来每一级都会有关联，也会影响整体性能，但是我们更加主要关注的是 Nginx 服务这一层。

• 在 Linux/Unix 操作系统中一切皆文件，我们的设备是文件，文件是文件，文件夹也是文件。当我们用户每发起一次请求，就会产生一个文件句柄。

文件句柄可以简单的理解为文件句柄就是一个索引

• 文件句柄会随着请求量的增多，进程调用频繁增加，那么产生的文件句柄也就会越多。
• 系统默认对文件句柄是有限制的，不可能会让一个进程无限制的调用句柄。因为系统资源是有限的，操作系统默认使用的文件句柄是1024个句柄。

修改方式

• 系统全局性修改
• 用户局部性修改
• 进程局部性修改

3.1.1. 系统全局性修改和用户局部性修改

[root@localhost ~]# vim /etc/security/limits.conf 
#*               soft    core            0
#*               hard    rss             10000
#@student        hard    nproc           20
#@faculty        soft    nproc           20
#@faculty        hard    nproc           50
#ftp             hard    nproc           0
#@student        -       maxlogins       4

//root只是针对root这个用户来限制，soft只是发提醒，操作系统不会强制限制,一般的站点设置为一万左右就ok了
root soft nofile 65535
root hard nofile 65535
// *代表通配符 所有的用户
*    soft nofile 25535  //用户可打开的文件描述符的最大数(软限制)
*    hard nofile 25535  //hard硬控制，到达设定值后，操作系统会采取机制对当前进程进行限制，这个时候请求就会受到影响

* soft nproc 65535  //单个用户可用的最大进程数量(软限制)
* hard nproc 65535  //单个用户可用的最大进程数量(硬限制)

可以看到root和*，root代表是 root 用户，*代表的是所有用户，后面的数字就是文件句柄大小。

3.1.2. 进程局部性修改

[root@localhost ~]# vim /etc/nginx/nginx.conf
user  nginx;  #运行 Nginx 的用户。可以修改
worker_processes  1;  

error_log  /var/log/nginx/error.log warn;
pid        /var/run/nginx.pid;

worker_rlimit_nofile 65535; #进程限制，配置 Nginx worker 进程最大打开文件数

events {
    worker_connections  1024;  #一个 worker 进程的并发
}
...

worker_rlimit_nofile是在进程上面进行限制。

• 扩展：常用命令小工具

#ulimit 命令，用于查看系统限制的值
# -a 　显示目前资源限制的设定。
# -n <文件数目> 　指定同一时间最多可开启的文件数。

1、ulimit -a       	显示系统资源的设置
core file size          (blocks, -c) 0
data seg size           (kbytes, -d) unlimited
scheduling priority             (-e) 0
file size               (blocks, -f) unlimited
pending signals                 (-i) 63154
max locked memory       (kbytes, -l) 64
max memory size         (kbytes, -m) unlimited
open files                      (-n) 1024 #默认用户可以打开文件的最大数量
pipe size            (512 bytes, -p) 8
POSIX message queues     (bytes, -q) 819200
real-time priority              (-r) 0
stack size              (kbytes, -s) 8192
cpu time               (seconds, -t) unlimited
max user processes              (-u) 63154
virtual memory          (kbytes, -v) unlimited
file locks                      (-x) unlimited

2、ulimit -n 65535  #临时修改打开句柄数 

3.2. CPU 的亲和性/亲缘性配置（了解）

CPU 的亲和能够使 Nginx 对于不同的 work 工作进程绑定到不同的 CPU 上面去。能够减少在 work 间不断切换 CPU ，来减少性能损耗。

首先要明确物理 CPU 个数、核数、逻辑 CPU 数的概念
1、物理 CPU 数：主板上实际插入的 CPU 数量，可以数不重复的 physical id 有几个（physical id）
2、 CPU 核数：单块 CPU 上面能处理数据的芯片组的数量，如双核、四核等 （ CPU cores）
3、逻辑 CPU 数：一般情况下，逻辑 CPU =物理CPU个数×每颗核数.

//查看物理 CPU 数量
[root@localhost ~]# cat /proc/cpuinfo | grep "physical id" | sort|uniq | wc -l
2

//查看每个 CPU 的核心数
[root@localhost ~]# cat /proc/cpuinfo|grep "cpu cores"|uniq
cpu cores       : 1

//查看 CPU 使用率
[root@localhost ~]# top  回车后按 1
%Cpu0  :  0.0 us,  0.0 sy,  0.0 ni,100.0 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
%Cpu1  :  0.0 us,  0.0 sy,  0.0 ni,100.0 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st

//配置 worker_processes （指的是逻辑 CPU 个数）
[root@localhost ~]# vim /etc/nginx/nginx.conf
//将刚才查看到自己 CPU *  CPU 核心就是 worker_processes
worker_processes 2;    //根据自己 CPU 核心数配置；或者直接可以设置为auto

//配置nginx进程绑定到对应的cpu，通过下面命令查看nginx进程配置在哪个核上
[root@localhost ~]# ps -eo pid,args,psr |grep [n]ginx
//-e 显示所有进程
//-o 自定义输出格式
//pid 进程ID
//args 进程启动命令行
//psr 进程状态

[root@localhost ~]# ps -eo pid,args,psr |grep [n]ginx
   953 nginx: master process /usr/   1
   954 nginx: worker process         0
   955 nginx: worker process         1

在 Nginx 1.9版本之后，程序帮我们自动绑定了 CPU
将 work 的进程绑定到不同的 CPU 核数上，尽可能的减少进程间的切换，指的是 CPU 从一个进程切换到另一个进程，绑定后可以提升处理请求速度和性能

#设置进程与 CPU 的亲和性自动分配权重
worker_cpu_affinity auto;

4. Nginx 通用配置优化

#将 Nginx 进程设置为普通用户，为了安全考虑
user nginx; 

#当前启动的 worker 进程，官方建议是与系统核心数一致
worker_processes auto;
#将work进程绑定到每个 CPU 的核数上
worker_cpu_affinity auto;   # CPU 亲缘性/亲和性

#日志配置成warn
error_log /var/log/nginx/error.log warn; 
pid /var/run/nginx.pid;

#针对 Nginx 句柄的文件限制，配置 Nginx worker 进程最大打开文件数> worker_connections 值
worker_rlimit_nofile 65535;
#事件模型
events {
    #使用 epoll 内核模型
    use epoll;
    #每一个进程可以处理多少个连接，如果是多核可以将连接数调高 worker_processes * 1024
    worker_connections 2048;
}

http {
    server_tokens off;  #隐藏 Nginx 的版本号
    include       /etc/nginx/mime.types;
    default_type  application/octet-stream;

    charset utf-8;  #设置字符集，服务端返回给客户端报文的时候， Nginx 强行将报文转码为utf-8

    #设置日志输出格式，根据自己的情况设置
    log_format  main  '$http_user_agent' '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
                      '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
                      '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for" '
                      '"$args" "$request_uri"';

    access_log  /var/log/nginx/access.log  main;
    
    sendfile        on;   #用于开启文件高效传输模式，一般设置为 on ，若 Nginx 是用来进行磁盘IO负载应用时，可以设置为 off ，降低系统负载
    tcp_nopush     on;   #减少网络报文段数量，当有数据时，先别着急发送, 确保数据包已经装满数据, 避免了网络拥塞
    tcp_nodelay       on; #提高I/O性能，确保数据尽快发送, 提高可数据传输效率

    keepalive_timeout  65; #设置长连接的超时时间，请求完成之后还要保持连接多久.
    open_file_cache max=35535 inactive=20s #这个将为打开文件指定缓存，默认是没有启用的，max 指定缓存数量，建议和打开文件数一致，inactive 是指经过多长时间文件没被请求后删除缓存。

    ########
    #Gzip module
    gzip  on;    #文件压缩默认可以打开.告诉 Nginx 采用 gzip 压缩的形式发送数据。这将会减少发送的数据量。
    gzip_disable "MSIE [1-6]\."; #对于有些浏览器不能识别压缩，需要过滤如ie6
    gzip_min_length 1k; #允许压缩的最小字节数
    gzip_http_version 1.1; #设置识别 http 协议版本，默认是 1.1
    gzip_types text/css text/xml application/javascript #用来指定压缩的类型，‘text/html’类型总是会被压缩。

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