为最佳性能调优Nginx

这篇文章是《打造3百万次请求/秒的高性能服务器集群》系列的第2部分，在这个部分中你可以使用任何一种 WEB 服务器，不过我决定使用 Nginx，因其轻量级、高可靠及高性能的优点。

通常来说，一个优化良好的 Nginx Linux 服务器可以达到 500,000 – 600,000 次/秒 的请求处理性能，然而我的 Nginx 服务器可以稳定地达到 904,000 次/秒 的处理性能，并且我以此高负载测试超过 12 小时，服务器工作稳定。

这里需要特别说明的是，本文中所有列出来的配置都是在我的测试环境验证的，而你需要根据你服务器的情况进行配置。

WEB 服务器调优，第一部分：Nginx配置调优

从 EPEL 源安装 Nginx：

yum -y install nginx

备份配置文件，然后根据你的需要进行配置：

cp /etc/nginx/nginx.conf /etc/nginx/nginx.conf.orig
    vim /etc/nginx/nginx.conf

# This number should be, at maximum, the number of CPU cores on your system.
# (since nginx doesn't benefit from more than one worker per CPU.)
# 这里的数值不能超过 CPU 的总核数，因为在单个核上部署超过 1 个 Nginx 服务进程并不起到提高性能的作用。
worker_processes 24;

# Number of file descriptors used for Nginx. This is set in the OS with 'ulimit -n 200000'
# or using /etc/security/limits.conf
# Nginx 最大可用文件描述符数量，同时需要配置操作系统的 "ulimit -n 200000"，或者在 /etc/security/limits.conf 中配置。 
worker_rlimit_nofile 200000;

# only log critical errors
# 只记录 critical 级别的错误日志
error_log /var/log/nginx/error.log crit

# Determines how many clients will be served by each worker process.
# (Max clients = worker_connections * worker_processes)
# "Max clients" is also limited by the number of socket connections available on the system (~64k)
# 配置单个 Nginx 单个进程可服务的客户端数量，（最大值客户端数 = 单进程连接数 * 进程数 ）
# 最大客户端数同时也受操作系统 socket 连接数的影响（最大 64K ）
worker_connections 4000;

# essential for linux, optmized to serve many clients with each thread
# Linux 关键配置，允许单个线程处理多个客户端请求。
use epoll;

# Accept as many connections as possible, after nginx gets notification about a new connection.
# May flood worker_connections, if that option is set too low.
# 允许尽可能地处理更多的连接数，如果 worker_connections 配置太低，会产生大量的无效连接请求。
multi_accept on;

# Caches information about open FDs, freqently accessed files.
# Changing this setting, in my environment, brought performance up from 560k req/sec, to 904k req/sec.
# I recommend using some varient of these options, though not the specific values listed below.
# 缓存高频操作文件的FDs（文件描述符/文件句柄）
# 在我的设备环境中，通过修改以下配置，性能从 560k 请求/秒 提升到 904k 请求/秒。
# 我建议你对以下配置尝试不同的组合，而不是直接使用这几个数据。
open_file_cache max=200000 inactive=20s;
open_file_cache_valid 30s;
open_file_cache_min_uses 2;
open_file_cache_errors on;

# Buffer log writes to speed up IO, or disable them altogether
# 将日志写入高速 IO 存储设备，或者直接关闭日志。
# access_log /var/log/nginx/access.log main buffer=16k;
access_log off;

# Sendfile copies data between one FD and other from within the kernel.
# More efficient than read() + write(), since the requires transferring data to and from the user space.
# 开启 sendfile 选项，使用内核的 FD 文件传输功能，这个比在用户态用 read() + write() 的方式更加高效。
sendfile on;

# Tcp_nopush causes nginx to attempt to send its HTTP response head in one packet,
# instead of using partial frames. This is useful for prepending headers before calling sendfile,
# or for throughput optimization.
# 打开 tcp_nopush 选项，Nginux 允许将 HTTP 应答首部与数据内容在同一个报文中发出。
# 这个选项使服务器在 sendfile 时可以提前准备 HTTP 首部，能够达到优化吞吐的效果。
tcp_nopush on;

# don't buffer data-sends (disable Nagle algorithm). Good for sending frequent small bursts of data in real time.
# 不要缓存 data-sends （关闭 Nagle 算法），这个能够提高高频发送小数据报文的实时性。
tcp_nodelay on;

# Timeout for keep-alive connections. Server will close connections after this time.
# 配置连接 keep-alive 超时时间，服务器将在超时之后关闭相应的连接。
keepalive_timeout 30;

# Number of requests a client can make over the keep-alive connection. This is set high for testing.
# 单个客户端在 keep-alive 连接上可以发送的请求数量，在测试环境中，需要配置个比较大的值。
keepalive_requests 100000;

# allow the server to close the connection after a client stops responding. Frees up socket-associated memory.
# 允许服务器在客户端停止发送应答之后关闭连接，以便释放连接相应的 socket 内存开销。
reset_timedout_connection on;

# send the client a "request timed out" if the body is not loaded by this time. Default 60.
# 配置客户端数据请求超时时间，默认是 60 秒。
client_body_timeout 10;

# If the client stops reading data, free up the stale client connection after this much time. Default 60.
# 客户端数据读超时配置，客户端停止读取数据，超时时间后断开相应连接，默认是 60 秒。
send_timeout 2;

# Compression. Reduces the amount of data that needs to be transferred over the network
# 压缩参数配置，减少在网络上所传输的数据量。
gzip on;
gzip_min_length 10240;
gzip_proxied expired no-cache no-store private auth;
gzip_types text/plain text/css text/xml text/javascript application/x-javascript application/xml;
gzip_disable "MSIE [1-6].";

启动 Nginx 并配置起机自动加载：

service nginx start chkconfig nginx on

配置 Tsung 并启动测试，测试差不多 10 分钟左右就能测试到服务器的峰值能力，具体的时间与你的 Tsung 配置相关。

vim ~/.tsung/tsung.xml
      <server host="YOURWEBSERVER" port="80" type="tcp"/>

tsung start

你觉得测试结果已经够了的情况下，通过 ctrl+c 退出，之后使用我们之前配置的别名命令 treport 查看测试报告。

WEB 服务器调优，第二部分：TCP 协议栈调优

这个部分不只是对 Nginx 适用，还可以在任何 WEB 服务器上使用。通过对内核 TCP 配置的优化可以提高服务器网络带宽。

以下配置在我的 10-Gbase-T 服务器上工作得非常完美，服务器从默认配置下的 8Gbps 带宽提升到 9.3Gbps。

当然，你的服务器上的结论可能不尽相同。

下面的配置项，我建议每次只修订其中一项，之后用网络性能测试工具 netperf、iperf 或是用我类似的测试脚本 cluster-netbench.pl 对服务器进行多次测试。

yum -y install netperf iperf

vim /etc/sysctl.conf

# Increase system IP port limits to allow for more connections
# 调高系统的 IP 以及端口数据限制，从可以接受更多的连接
net.ipv4.ip_local_port_range = 2000 65000

net.ipv4.tcp_window_scaling = 1

# number of packets to keep in backlog before the kernel starts dropping them
# 设置协议栈可以缓存的报文数阀值，超过阀值的报文将被内核丢弃
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 3240000

# increase socket listen backlog
# 调高 socket 侦听数阀值
net.core.somaxconn = 3240000
net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 1440000

# Increase TCP buffer sizes
# 调大 TCP 存储大小
net.core.rmem_default = 8388608
net.core.rmem_max = 16777216
net.core.wmem_max = 16777216
net.ipv4.tcp_rmem = 4096 87380 16777216
net.ipv4.tcp_wmem = 4096 65536 16777216
net.ipv4.tcp_congestion_control = cubic

每次修订配置之后都需要执行以下命令使之生效：

sysctl -p /etc/sysctl.conf

别忘了在配置修订之后务必要进行网络 benchmark 测试，这样可以观测到具体是哪个配置修订的优化效果最明显。通过这种有效测试方法可以为你节省大量时间。