CentOS下实现Flask + Virtualenv + uWSGI + Nginx部署

一、项目简介

　　在本文中，将一步一步搭建一个简单的Flask + Virtualenv + uWSGI + Nginx 架构的Web服务，可以作为新手的学习也可作为记录备忘。

　　如果你安装好了环境并有一定基础可以直接从第五节开始部署。

　　项目中只是演示了浏览器访问地址，获得文本返回的过程，本人尽量把配置解释的清晰。基于搭建好的架构，后续可以将业务层（Python）进行扩展，本文不做研究 ，比如：

　　1、扩展业务代码：实现json、静态资源等等的请求响应。

　　2、基于业务的数据库查询和部署。

　　3、服务器端的部署完备（优化）：域名、缓存、负载均衡、安全、备份、防火墙、异步IO等。

　　4、项目代码管理。

二、框架介绍

1、Virtualenv

• virtualenv可以创建新的Python环境，独立的虚拟环境之间互不干扰，在有些场景下非常有用，例如：

　　（1）同时拥有两个python项目，一个是python2.7的，另一个是python3的，可以创建两个虚拟环境。

　　（2）同时拥有两个python项目，都依赖一个module（模块）的不同版本，可以创建两个不同的虚拟环境，分别安装这个module的不同版本。

（3）同时拥有两个python项目，各自依赖不同的module，可以在两个不同的虚拟环境里安装模块并开发项目。

• virtualenvwrapper工具：在virtualenv的基础上提供了一些更方便的命令，本文只介绍通过此工具管理虚拟环境。

2、Flask

　　Flask是一个Python的轻量级web框架，是基于Python开发并且依赖jinja2模板（模板语言）和 Werkzeug WSGI（WSGI工具集）服务的一个微型框架，对于Werkzeug本质是Socket服务端，其用于接收http请求并对请求进行预处理，然后触发Flask框架，开发人员基于Flask框架提供的功能对请求进行相应的处理，并返回给用户，如果要返回给用户复杂的内容时，需要借助jinja2模板来实现对模板的处理，即：将模板和数据进行渲染，将渲染后的字符串返回给用户浏览器。

　　Werkzeug的补充：Werkzeug是WSGI工具包，他可以作为一个Web框架的底层库。它不是一个web服务器，也不是一个web框架，而是一个工具包，官方的介绍说是一个 WSGI 工具包，它可以作为一个 Web 框架的底层库，因为它封装好了很多 Web 框架的东西（ python web WSGI 开发相关的功能），例如 ：

• 路由处理：如何根据请求 URL 找到对应的视图函数
• request 和 response 封装: 提供更好的方式处理request和生成response对象
• 自带的 WSGI server: 测试环境运行WSGI应用

3、uWSGI

（1）WSGI

　　全称 Web Server Gateway Interface ，是为 Python 语言定义的 Web 服务器和 Web 应用程序或框架之间的一种简单而通用的接口（协议）。WSGI是Web 服务器(uWSGI)与 Web 应用程序或应用框架(Flask，Django)之间的一种低级别的接口。可以参考阅读 PEP3333。

　　WSGI 分为两个部分

• Server/Gateway: 即是HTTP Server, 负责从客户端(Nginx、apache、IIS）接收请求,将 request 转发给 application, 并将 application（可能是个Flask应用） 返回的response 返回给客户端。
• Application/Framework: 一个python web 应用或 web 框架接收由 server 转发的request，处理请求，并将处理结果返回给 server。

（2）uWSGI

　　uWSGI是一个Web服务器，C语言编写，它实现了WSGI协议、uwsgi、http等协议。它要做的就是把HTTP协议转化成语言支持的网络协议。比如把HTTP协议转化成WSGI协议，让Python可以直接使用。

（3）uwsgi

　　与WSGI一样，是uWSGI服务器的独占通信协议，用于定义传输信息的类型(type of information)。每一个uwsgi packet前4byte为传输信息类型的描述。

4、Nginx

　　Nginx ("engine x") 是一个高性能的HTTP和反向代理服务器，也是一个IMAP/POP3/SMTP服务器 。可以作为一个HTTP服务器进行网站的发布处理，另外nginx可以作为反向代理进行负载均衡的实现。因它的稳定性、丰富的功能集、示例配置文件和低系统资源的消耗而闻名。

三、访问过程

1、描述一：web客户端->web服务器->业务代码的访问过程 (通过协议通信)

2、描述二：不同用户场景->服务器->不同应用的访问过程（简单架构，不包括复杂的部署，缓存等）

(1) 部署多个APP，采用单个Nginx，多个uwsgi+Flask，每个uWSGI监听不同端口。（标准）

(2) 部署多个APP，采用单个Nginx，单个uWSGI，多个Flask路由，Nginx和uwsg通过一个端口通信。（不好）

　　注意：这种模式不是标准方式，“转发”任务应该是由Nginx实现，通过多个端口和uWSGI通信，每个端口对应一个应用，如同描述一。这里靠路由区分，是不好的。

四、环境准备

　1、基本环境

　（1）阿里ECS服务器 CentOS7.4 ，如需用户密钥部署可以参考https://www.cnblogs.com/cleven/p/10899171.html

　（2）Python环境：Python3.7，pip ，安装过程省略。

　2、虚拟环境：

　（1）安装　　

sudo pip3 install virtualenv
sudo pip3 install virtualenvwrapper

　（2）创建虚拟环境

mkvirtualenv -p python3 env1

　　-p 后面的参数指定了python3（也有可能要换成python3.2/python3.4，具体要看你系统里面/use/bin/里面的文件是什么名字），如果去掉这个参数，就会使用系统默认的python。最后一个参数env1是创建的这个环境的名字。

　（3）管理虚拟环境

deactivate            # 退出当前虚拟环境
workon env1           # 使用虚拟环境env1
rmvirtualenv env1     # 删除某个虚拟环境
lsvirtualenv          # 列出所有虚拟环境        
cdvirtualenv　　　　　　# 进入虚拟环境存储目录

　（4）在服务器上同步本地的虚拟环境包

　　在开发机器上执行下面这个命令，来列出所有的包并保存到packages.txt，其中-l参数是只列出当前虚拟环境的包：

pip3 freeze -l > packages.txt

　　然后在部署到生产环境的时候，把packages.txt也复制到每个机器，并在每个机器上执行：

pip3 install -r packages.txt

　（5）注意点

　　安装完虚拟环境，重启shell后，workon等命令就无法使用了，这是因为没有添加环境变量：

export WORKON_HOME=/home/.virtualenv  #虚拟环境所放置的目录，可以自行指定
source /usr/local/bin/virtualenvwrapper.sh

　　配置完上面，使用 source ~/.bashrc 命令就可以了

　3、web环境

　（1）Flask ，虚拟环境下安装

pip3 install  flask

　　 检验一下Flask和虚拟环境的安装情况：

　　 <1>  创建项目目录

mkdir webtest 

　    <2>  进入虚拟环境

workon env1

　　 <3> 进入webtest，创建hello.py

from flask import Flask
app = Flask(__name__)

@app.route("/app/flask/")
def hello_flask():
    return "Hello Flask!"

if __name__ == "__main__":

    #Flask 开启监听所有地址的8888端口
    app.run(host='0.0.0.0', port=)

　　 <4> 启动服务，并测试。 Flask是有内置web server的（一般只是测试时使用，不安全，可控性差，线上还是使用uWSGI部署）

python3 hello.py

　　　　在浏览器访问 [服务器的ip地址]:8888/app/flask/ ,浏览器中如果显示“Hello Flask”，则Flask配置正常。

　（2）uWSGI，虚拟环境下安装

pip3 install uwsgi

　（3）Nginx：不用在虚拟环境下安装

sudo yum install nginx

五、部署步骤

　1、创建uWSGI项目目录 

在/home/project/mysite目录下创建如下结构

　

　2、编写run.py 启动脚本

from flask import Flask
app = Flask(__name__)

@app.route("/app/uwsgi/")
def hello_flask():
    return "Hello uWSGI！"

　3、配置uWSGI：

　（1）进入项目目录，编辑uwsgi.ini

vim uwsgi.ini

　（2）下面给出配置文件的详细说明（有些字段注释掉了，毕竟我们是简单的搭建uWSGI服务）

[uwsgi]

chdir=/home/project/mysite/               # 项目目录

home=/home/zhangqi/.virtualenvs/env1      # 虚拟环境的路径

wsgi-file=%(chdir)/run.py                 # 项目的启动脚本文件路径

#module=run                               # 项目的启动脚本名字，不能是路径，和wsgi-file功能类似

callable=app       # 程序内启用的application变量名，一般而言都是app=Flask(__name__)，所以这里是app

master=true          　　　　　　　　　　    # 启用主进程

processes=       　　　　　　　　　　　      # worker进程个数

threads=          　　　　　　　　　　　　   # 每个进程的线程数

procname-prefix-spaced=mysite   　　　　   # uwsgi的进程名称前缀 ,使用 ps -ef | grep mysite查看

#############————————  注释掉的一些配置 ————————##############

#chmod-socket=           　　　　　　　　 # socket文件的访问权限（socket字段配置的是文件的情况）

#logfile-chmod=      　　　　　　　　　　  #log权限

#uid=zhangqi               　　　　　　　　  # 启动uwsgi的用户名

#gid=zhangqi             　　　　　　　　　  # 启动uwsgi的用户组

#py-autoreload=      　　　 　　　　　　　   # py文件修改，自动加载

#vacuum=true            　　　　　　　　　　  # 退出uwsgi是否清理中间文件，包含pid、sock和status文件

#harakiri=            　　　　　　　　　　　# 设置自中断时间

#post-buffering=      　　　　　　　　　 # 设置缓冲

#touch-reload=%(chdir)     　　　　　　　　  # 动态监控文件变化

###########################################################

############————————  设置uWSGI的socket连接  ————————############
#
# 方式一： socket文件，配置nginx时候使用。socket文件需要使用socket函数编写。本文中没有使用此方式
#socket=%(chdir)/uwsgi/uwsgi.sock
#
# 方式二：绑定地址+端口
socket=:
#
# 方式三：监听http端口，测试时候使用。如果不使用Nginx，浏览器是http协议，无法使用socket直接通信
#http=0.0.0.0:
#
################################################################

############————————  设置uWSGI的管理文件  ————————############
#
# status文件，可以查看uwsgi的运行状态
# 命令：uwsgi --connect-and-read uwsgi/uwsgi.status
stats=%(chdir)/uwsgi/uwsgi.status
#
# pid文件，通过该文件可以控制uwsgi的重启和停止
# 命令:uwsgi --reload uwsgi/uwsgi.pid
# 命令:uwsgi --stop uwsgi/uwsgi.pid
pidfile=%(chdir)/uwsgi/uwsgi.pid
#
# 日志文件，通过该文件查看uwsgi的日志
daemonize=%(chdir)/uwsgi/uwsgi.log
#
#############################################################

　　

　（3）启动uWSGI，注意是虚拟环境。　　

uwsgi --ini uwsgi.ini

　（4）调试uWSGI

• 查看uWSGI进程

ps -ef | grep mysite
#或者
netstat -antp |grep 8001

　　显示如下，uWSGI启动正常　　

• 查看uWSGI状态。

　　会以json格式显示出完整内容，包括每个总的状态，每个work是状态，响应时间等，非常全面。

uwsgi --connect-and-read uwsgi/uwsgi.status

　　也有一些开源的监控工具可以使用：uwsgitop

# pip3 install uwsgitop
# uwsgitop uwsgi/uwsgi.status

• 控制uWSGI服务器

uwsgi --ini uwsgi.ini             # 启动
uwsgi --reload uwsgi.pid          # 重启
uwsgi --stop uwsgi.pid            # 关闭

　　

4、配置Nginx：

（1）编辑配置文件 nginx.conf（主）：

vim /etc/nginx/nginx.conf 

　　内容如下

########### 每个指令必须有分号结束 #################

user nginx;　　　　　　　　　　　　　　#配置用户或者组，默认为nobody nobody
worker_processes auto;　　　　　　　　#允许生成的进程数，默认为1
pid /run/nginx.pid;　　　　　　　　　　#指定nginx进程运行文件存放地址
include /usr/share/nginx/modules/*.conf;  #加载动态模块

#制定日志路径和级别。这个设置可以放入全局块，http块，server块
#级别依次为：debug|info|notice|warn|error|crit|alert|emerg
error_log /var/log/nginx/error.log; 

events {
    worker_connections 1024;        #最大连接数，默认为512
    #use epoll;                     #事件驱动模型，select|poll|kqueue|epoll|resig|/dev/poll|eventport
    #accept_mutex on;               #设置网路连接序列化，防止惊群现象发生，默认为on
    #multi_accept on;               #设置一个进程是否同时接受多个网络连接，默认为off
}

http {

    default_type application/octet-stream; #默认文件类型，默认为text/plain
    keepalive_timeout 65;#连接超时时间，默认为75s，可以在http，server，location块配置
    include  /etc/nginx/conf.d/*.conf;   #虚拟主机配置，引入不同server的配置（uWSGI）
    include  /etc/nginx/mime.types;     #引入文件类型

    #sendfile_max_chunk 100k;  #每个进程每次调用传输数量最大值，默认为0（无上限）

    ################## 日志 #########################
    #自定义日志格式
    log_format  main  '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
                      '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
                      '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';

    #接入日志设置
    access_log  /var/log/nginx/access.log  main;
    #access_log off; #取消服务日志
    #
    ####################################################

    ####################    SSL证书加密  ###################
    #
    #ssl_protocols TLSv1 TLSv1.1 TLSv1.2 SSLv3;#启动特定的加密协议
    #ssl_prefer_server_ciphers on;#设置协商加密算法时，优先使用服务端的加密套件，而不是客户端浏览器
    #
    ####################################################

    ####################    缓存性能优化 ###################
    #
    #  1、open_file_cache ：配置可以存储的缓存
    #  max设置缓存中的最大元素数; 在缓存溢出时，删除最近最少使用（LRU）的元素;
    #  inactive是指经过多长时间文件没被请求后删除缓存。
    #  inactive设置20s，等到至少20s不访问这个文件，相应缓存的这个文件的更改信息才会被删除。
    #  例：
    #  open_file_cache max=1000 inactive=20s;
    #
    #
    #  2、open_file_cache_valid：多长时间检查一次缓存的有效信息。
    # 设置为30s，也就是说即使一直访问这个文件，30s后会检查此文件的更改信息是否变化，发现变化就更新
    #  例：
    #  open_file_cache_valid 30s;
    #
    #
    # 3、open_file_cache_min_uses ：
    # 在上面open_file_cache 的 inactive时间内文件的最少使用次数。如果超过这个数字，文件更改信息一直是在缓存中打开的。
    # 例：
    #  open_file_cache_min_uses 2;
    #
    # 4、文件错误是否也同样缓存
    #  open_file_cache_errors on;
    #
    ####################################################

    #################    数据传输优化    ###################
    #
    #  允许sendfile( )方式传输文件，提高传输性能，默认为off
    # 可以在http块，server块，location块配置
    sendfile      on;
    #
    # 设置调用tcp_cork方法，数据包不会马上传送出去，等到数据包最大时，一次性的传输出去，这样有助于解决网络堵塞。默认on，
    #  tcp_nopush    on;
    #
    # 打开tcp_nodelay ，禁用Nagle的缓冲算法，并在数据可用时立即发送，优化传输效率，默认on
    #  tcp_nodelay  on;
    #
    #
    ####################################################

    ################### 散列表大小 ########################
    # Nginx使用散列表来存储MIME type与文件扩展名。
    # types_hash_bucket_size 设置了每个散列表占用的内存大小，其影响散列表的冲突率。
    # 值越大，就会消耗更多的内存，但散列key的冲突率会降低，检索速度就更快。
    # 值越小，消耗的内存就越小，但散列key的冲突率可能上升。
    # 默认1024。
    types_hash_max_size 2048;
    ####################################################

    ################# Nginx负载均衡 （本文中没有使用）################
    #    负载均衡算法：
    #    1、热备
    #    2、轮询
    #    3、加权轮询
    #    4、ip_hash（相同的客户端ip请求相同的服务器）
    #
    #    使用服务器列表：
    #    1、定义服务器列表 mysvr
    #    2、server的location模块中将请求转向mysvr 定义的服务器列表
    #
    #    server {                      #服务器访问信息的配置
    #        .....
    #            location  ~*^.+$ {             #访问路由的配置
    #        proxy_pass  http://mysvr;      #请求转向mysvr 定义的服务器列表
    #                }
    #
    #
    #    写法举例：
    #    1、热备
    #     upstream mysvr { //服务器列表
    #          server 127.0.0.1:7878;
    #          server 192.168.10.121:3333 backup;  #热备
    #       }
    #
    #    2、轮询
    #    upstream mysvr {
    #          server 127.0.0.1:7878;
    #          server 192.168.10.121:3333;
    #        }
    #
    #    3、加权（参数）
    #    upstream mysvr {
    #          server 127.0.0.1:7878 weight=2 max_fails=2 fail_timeout=2;
    #          server 192.168.10.121:3333 weight=1 max_fails=2 fail_timeout=1;
    #        }
    #
    #    4、ip_hash
    #    upstream mysvr {
    #          server 127.0.0.1:7878;
    #          server 192.168.10.121:3333;
    #          ip_hash;
    #        }
    #
    #    nginx负载调优总结 ：https://www.jianshu.com/p/4fa08f2a04ed
    #
    #################################################

}

（2）Flask站点对应的server配置：

　　上面的主配置中，有此句“include /etc/nginx/conf.d/*.conf;”  ，我们将Flask对应的server模块，单独写在一个文件里（当然也可以直接写在上面的主配置中），一个server中又通过多个location指向不同应用。

　　理论上，一个Nginx对应多个站点，一个站点对应一个server，一个server又可以对应多个location（应用）。

• 进入conf.d文件夹，并创建flask.conf

$ sodu touch /etc/nginx/conf.d/flask.conf

• 内容如下

server {
    listen 81;    　　　　　　　　　　#监听外部端口（浏览器）
    server_name 39.xxx.xxx.xxx; 　　 #服务器地址
    charset utf-8;
    client_max_body_size 5M;
    root   /usr/share/nginx/html;  #默认根目录
    include /etc/nginx/default.d/*.conf;

　　#配置路由
    location / { #对根目录的访问都匹配，此处没有做正则匹配讲解
       include uwsgi_params;       #引入uwsgi
       uwsgi_pass localhost:8001;  #通过localhost:8001端口和uWSGI通信（这是绑定的IP和端口，对应上文中uWSGI.ini里面的配置）
       # uwsgi_pass unix:/home/project/mysite/uwsgi/uwsgi.sock; #本文没有使用socket文件进行演示。
    }
    location /static {  #静态文件，直接访问路径，不用进入uWSGI进行处理
       alias /home/project/mysite/static/;
    }

    error_page 404 /404.html;
    location = /40x.html {
　　　　#可以更改错误页面路径
    }

    error_page 500 502 503 504 /50x.html;
    location = /50x.html {
       #可以更改错误页面路径
    }
}

（2）控制Nginx：

• 启动

$nginx
或者
$systemctl start nginx

• 重启　

nginx -s reload  　#热启动，配置文件重装载
kill -HUP 主进程号或进程号文件路径 #平滑重启
systemctl restart nginx

• 停止

system stop nginx
nginx -s stop     #快速关闭
nginx -s quit     #正常关闭

或者通过进程控制
ps -ef | grep nginx
kill -QUIT 主进程号  #从容停止
kill -TERM 主进程号  #快速停止
kill -9 主进程号     #强制停止

（3）查看Nginx状态：　　

• ps -ef | grep nginx

• systemctl status nginx

  5、测试服务

　（1）方法一：

　　浏览器输入 39.xxx.xxx.xxx:81/app/uwsgi/ ，如果页面显示  “Hello uWSGI！” ，大功告成！

（2）方法二：

　　curl http://39.xxx.xxx.xxx:81/app/uwsgi/ ，终端输出 “Hello uWSGI！”，OK。

　　

六、收尾

　　整个项目下来并不是很复杂，主要是熟悉配置流程，并且根据搭好的基础框架，升级业务功能。

　　在调试过程中如果出现问题，可以查看各个日志，根据 上文：三、访问过程进行逐步排查解决。

　　最后，后端领域还有很多东西需要学习，如有错误之处还望大家多多指教，本文多以做技术交流和配置备忘之用。