Nginx——使用 Nginx 提升网站访问速度【转载+整理】

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本文是写于 2008 年，文中提到 Nginx 不支持 Windows 操作系统，但是现在它已经支持了，此外还支持 FreeBSD，Solaris，MacOS X~

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。 Nginx 是由俄罗斯人 Igor Sysoev 为俄罗斯访问量第二的 Rambler.ru（俄文：Рамблер）站点开发的，第一个公开版本 0.1.0 发布于2004年10月4日。其将源代码以类 BSD 许可证的形式发布。Nginx 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（10,000 非活动的 HTTP keep-alive 连接仅需要 2.5M内存），以及并发能力（能够支持高达 50,000 个并发连接数的响应）而闻名。事实上，nginx 并发能力确实在同类型的网页服务器中表现较好，中国大陆使用nginx网站用户有：百度、新浪、网易、腾讯等。

原文地址是 www.ibm.com，最新的技术，尤其是开源社区有什么，它们的技术人员都了如指掌，并实践~

本文主要介绍如何在 Linux 系统上安装高性能的 HTTP 服务器 —— Nginx、并在不改变原有网站结构的条件下用 Nginx 来提升网站的访问速度。

Nginx 简介

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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 代理服务器。 Nginx 是由 Igor Sysoev 为俄罗斯访问量第二的 Rambler.ru 站点开发的，它已经在该站点运行超过两年半了。 Igor 将源代码以类 BSD 许可证的形式发布。尽管还是测试版，但是，Nginx 已经因为它的稳定性、丰富的功能集、示例配置文件和低系统资源的消耗而闻名了。

根据最新一期（08 年 6 月份）的 NetCraft 调查报告显示，已经有超过两百万的主机使用了 Nginx，这个数字超过了另外一个轻量级的 HTTP 服务器 lighttpd， 排名第四，并且发展迅速。下面是这份报告的前几名的报表：

产品	网站数
Apache	84,309,103
IIS	60,987,087
Google GFE	10,465,178
Unknown	4,903,174
nginx	2,125,160
Oversee	1,953,848
lighttpd	1,532,952

关于这期调查报告的更详细信息请看下面链接：http://survey.netcraft.com/Reports/200806/

下图是最近几个月使用 Nginx 和 lighttpd 的网站数比较

图 1. 最近几个月使用 Nginx 和 lighttpd 的网站数比较

 

图 2 Nginx 中文网页

在 Linux 下安装 Nginx

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为了确保能在 Nginx 中使用正则表达式进行更灵活的配置，安装之前需要确定系统是否安装有 PCRE（Perl Compatible Regular Expressions）包。您可以到 ftp://ftp.csx.cam.ac.uk/pub/software/programming/pcre/ 下载最新的 PCRE 源码包，使用下面命令下载编译和安装 PCRE 包：

# wget ftp://ftp.csx.cam.ac.uk/pub/software/programming/pcre/pcre-7.7.tar.gz

# tar zxvf pcre-7.7.tar.gz

# cd pcre-7.7

# ./configure

# make

# make install

接下来安装 Nginx，Nginx 一般有两个版本，分别是稳定版和开发版，您可以根据您的目的来选择这两个版本的其中一个，下面是把 Nginx 安装到 /opt/nginx 目录下的详细步骤：

# wget http://sysoev.ru/nginx/nginx-0.6.31.tar.gz

# tar zxvf nginx-0.6.31.tar.gz

# cd nginx-0.6.31

# ./configure --with-http_stub_status_module –prefix=/opt/nginx

# make

# make install

其中参数 --with-http_stub_status_module 是为了启用 nginx 的 NginxStatus 功能，用来监控 Nginx 的当前状态。

安装成功后 /opt/nginx 目录下有四个子目录分别是：conf、html、logs、sbin 。其中 Nginx 的配置文件存放于 conf/nginx.conf，Nginx 只有一个程序文件位于 sbin 目录下的 nginx 文件。确保系统的 80 端口没被其他程序占用，运行 sbin/nginx 命令来启动 Nginx，打开浏览器访问此机器的 IP，如果浏览器出现 Welcome to nginx! 则表示 Nginx 已经安装并运行成功。

常用的 Nginx 参数和控制

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程序运行参数

Nginx 安装后只有一个程序文件，本身并不提供各种管理程序，它是使用参数和系统信号机制对 Nginx 进程本身进行控制的。 Nginx 的参数包括有如下几个：

-c <path_to_config>：使用指定的配置文件而不是 conf 目录下的 nginx.conf 。

-t：测试配置文件是否正确，在运行时需要重新加载配置的时候，此命令非常重要，用来检测所修改的配置文件是否有语法错误。

-v：显示 nginx 版本号。

-V：显示 nginx 的版本号以及编译环境信息以及编译时的参数。

例如我们要测试某个配置文件是否书写正确，我们可以使用以下命令。

sbin/nginx – t – c conf/nginx2.conf

通过信号对 Nginx 进行控制

Nginx 支持下表中的信号：

信号名	作用描述
TERM, INT	快速关闭程序，中止当前正在处理的请求
QUIT	处理完当前请求后，关闭程序
HUP	重新加载配置，并开启新的工作进程，关闭就的进程，此操作不会中断请求
USR1	重新 打开日志文件，用于切换日志，例如每天生成一个新的日志文件
USR2	平滑升级可执行程序
WINCH	从容关闭工作进程

有两种方式来通过这些信号去控制 Nginx，第一是通过 logs 目录下的 nginx.pid 查看当前运行的 Nginx 的进程 ID，通过 kill – XXX <pid> 来控制 Nginx，其中 XXX 就是上表中列出的信号名。如果您的系统中只有一个 Nginx 进程，那您也可以通过 killall 命令来完成，例如运行 killall – s HUP nginx 来让 Nginx 重新加载配置。

配置 Nginx

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先来看一个实际的配置文件：

user  nobody;# 工作进程的属主

 worker_processes  4;# 工作进程数，一般与 CPU 核数等同

 #error_log  logs/error.log; 

 #error_log  logs/error.log  notice; 

 #error_log  logs/error.log  info; 

 #pid        logs/nginx.pid; 

 events { 

    use epoll;#Linux 下性能最好的 event 模式

    worker_connections  2048;# 每个工作进程允许最大的同时连接数

 } 

 http { 

    include       mime.types; 

    default_type  application/octet-stream; 

    #log_format  main  '$remote_addr - $remote_user [$time_local] $request ' 

    #                  '"$status" $body_bytes_sent "$http_referer" ' 

    #                  '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"'; 

    #access_log  off; 

    access_log  logs/access.log;# 日志文件名

    sendfile        on; 

    #tcp_nopush     on; 

    tcp_nodelay     on; 

    keepalive_timeout  65; 

    include      gzip.conf; 

    # 集群中的所有后台服务器的配置信息

    upstream tomcats { 

     server 192.168.0.11:8080 weight=10; 

     server 192.168.0.11:8081 weight=10; 

     server 192.168.0.12:8080 weight=10; 

     server 192.168.0.12:8081 weight=10; 

     server 192.168.0.13:8080 weight=10; 

     server 192.168.0.13:8081 weight=10; 

    } 

    server { 

        listen       80;#HTTP 的端口

        server_name  localhost; 

        charset utf-8; 

        #access_log  logs/host.access.log  main; 

     location ~ ^/NginxStatus/ { 

        stub_status on; #Nginx 状态监控配置

        access_log off; 

     } 

     location ~ ^/(WEB-INF)/ { 

        deny all; 

     } 

     location ~ \.(htm|html|asp|php|gif|jpg|jpeg|png|bmp|ico|rar|css|js|

     zip|java|jar|txt|flv|swf|mid|doc|ppt|xls|pdf|txt|mp3|wma)$ { 

             root /opt/webapp; 

        expires 24h; 

        } 

        location / { 

        proxy_pass http://tomcats;# 反向代理

        include proxy.conf; 

        } 

        error_page 404 /html/404.html; 

        # redirect server error pages to the static page /50x.html 

        # 

     error_page 502 503 /html/502.html; 

        error_page 500 504 /50x.html; 

        location = /50x.html { 

            root   html; 

        } 

    } 

 }

Nginx 监控

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上面是一个实际网站的配置实例，其中灰色文字为配置说明。上述配置中，首先我们定义了一个 location ~ ^/NginxStatus/，这样通过 http://localhost/NginxStatus/ 就可以监控到 Nginx 的运行信息，显示的内容如下：

Active connections: 70 

server accepts handled requests

 14553819 14553819 19239266 

Reading: 0 Writing: 3 Waiting: 67

NginxStatus 显示的内容意思如下：

• active connections – 当前 Nginx 正处理的活动连接数。
• server accepts handled requests -- 总共处理了 14553819 个连接 , 成功创建 14553819 次握手 ( 证明中间没有失败的 ), 总共处理了 19239266 个请求 ( 平均每次握手处理了 1.3 个数据请求 )。
• reading -- nginx 读取到客户端的 Header 信息数。
• writing -- nginx 返回给客户端的 Header 信息数。
• waiting -- 开启 keep-alive 的情况下，这个值等于 active - (reading + writing)，意思就是 Nginx 已经处理完正在等候下一次请求指令的驻留连接。

静态文件处理

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通过正则表达式，我们可让 Nginx 识别出各种静态文件，例如 images 路径下的所有请求可以写为：

location ~ ^/images/ {

    root /opt/webapp/images;

}

而下面的配置则定义了几种文件类型的请求处理方式。

location ~ \.(htm|html|gif|jpg|jpeg|png|bmp|ico|css|js|txt)$ {

    root /opt/webapp;

    expires 24h;

}

对于例如图片、静态 HTML 文件、js 脚本文件和 css 样式文件等，我们希望 Nginx 直接处理并返回给浏览器，这样可以大大的加快网页浏览时的速度。因此对于这类文件我们需要通过 root 指令来指定文件的存放路径，同时因为这类文件并不常修改，通过 expires 指令来控制其在浏览器的缓存，以减少不必要的请求。 expires 指令可以控制 HTTP 应答中的“ Expires ”和“ Cache-Control ”的头标（起到控制页面缓存的作用）。您可以使用例如以下的格式来书写 Expires：

expires 1 January, 1970, 00:00:01 GMT;

expires 60s;

expires 30m;

expires 24h;

expires 1d;

expires max;

expires off;

动态页面请求处理

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Nginx 本身并不支持现在流行的 JSP、ASP、PHP、PERL 等动态页面，但是它可以通过反向代理将请求发送到后端的服务器，例如 Tomcat、Apache、IIS 等来完成动态页面的请求处理。前面的配置示例中，我们首先定义了由 Nginx 直接处理的一些静态文件请求后，其他所有的请求通过 proxy_pass 指令传送给后端的服务器（在上述例子中是 Tomcat）。最简单的 proxy_pass 用法如下：

location / {

    proxy_pass        http://localhost:8080;

    proxy_set_header  X-Real-IP  $remote_addr;

}

这里我们没有使用到集群，而是将请求直接送到运行在 8080 端口的 Tomcat 服务上来完成类似 JSP 和 Servlet 的请求处理。

当页面的访问量非常大的时候，往往需要多个应用服务器来共同承担动态页面的执行操作，这时我们就需要使用集群的架构。 Nginx 通过 upstream 指令来定义一个服务器的集群，最前面那个完整的例子中我们定义了一个名为 tomcats 的集群，这个集群中包括了三台服务器共 6 个 Tomcat 服务。而 proxy_pass 指令的写法变成了：

location / {

    proxy_pass        http://tomcats;

    proxy_set_header  X-Real-IP  $remote_addr;

}

在 Nginx 的集群配置中，Nginx 使用最简单的平均分配规则给集群中的每个节点分配请求。一旦某个节点失效时，或者重新起效时，Nginx 都会非常及时的处理状态的变化，以保证不会影响到用户的访问。

总结

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尽管整个程序包只有五百多 K，但麻雀虽小、五脏俱全。 Nginx 官方提供的各种功能模块应有尽有，结合这些模块可以完整各种各样的配置要求，例如：压缩、防盗链、集群、FastCGI、流媒体服务器、 Memcached 支持、URL 重写等等，更关键的是 Nginx 拥有 Apache 和其他 HTTP 服务器无法比拟的高性能。您甚至可以在不改变原有网站的架构上，通过在前端引入 Nginx 来提升网站的访问速度。

本文只是简单介绍了 Nginx 的安装以及常见的基本的配置和使用，更多关于 Nginx 的信息请阅读文章后面的参考资源。在这里要非常感谢我的朋友——陈磊（chanix@msn.com），他一直在做 Nginx 的中文 WIKI（http://wiki.codemongers.com/NginxChs），同时也是他介绍给我这么好的一款软件。

如果您的网站是运行在 Linux 下，如果您并没有使用一些非常复杂的而且确定 Nginx 无法完成的功能，那您应该试试 Nginx 。

Nginx 如何实现高性能和可扩展性

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Owen Garrett 是 Nginx 公司的产品总监，他在 Nginx 的官方博客上发表了一篇博文（How NGINX Achieves Performance and Scalability），说明了是哪些设计决策使得NGINX产品具备一流的性能和扩展能力。

Nginx 的整体架构的特点是由一组进程协同工作：

• 主进程：负责执行特权操作，如阅读配置文件、绑定套接字、创建/通知协调（Signalling）子进程。
• 工作进程：负责接收和处理连接请求，读取和写入磁盘，并与上游服务器通信。当NGINX处于活跃状态时，只有工作进程是忙碌的。
• 缓存加载器进程：负责将磁盘高速缓存加载到内存中。这个进程在启动时运行后随即退出。
• 缓存管理器进程：负责整理磁盘缓存的数据保证其不越界。这个进程会间歇性运行。

Nginx 能够实现高性能和可扩展性的关键取决于两个基本的设计选型：

• 尽可能限制工作进程的数量，从而减少上下文切换带来的开销。默认和推荐配置是让每个CPU内核对应一个工作进程，从而高效利用硬件资源。
• 工作进程采用单线程，并以非阻塞的方式处理多个并发连接。

Nginx 的每个工作进程通过状态机处理多个连接请求，这个状态机被实现为非阻塞的工作方式：

• 每个工作进程需要处理若干套接字，包括监听套接字或者连接套接字。
• 当监听套接字收到新的请求时，会打开一个新的连接套接字来处理与客户端的通信。
• 当一个事件到达连接套接字时，工作进程迅速完成响应，并转而处理其他任何套接字新收到的事件。

Garrett 说，Nginx  选择这样的设计，使它从根本上区别于其他Web服务器。通常的Web服务器会选用将每个连接分配给独立线程的模式，这使得多个连接的处理非常容易，因为每个连接可以被认为是包含多个步骤的一个线性序列，但这样会产生上下文切换的开销。事实上，工作线程大部分的时间处于阻塞的状态，在等待客户端或其它上游服务器。当试图执行I/O等操作的并发连接数/线程数的规模超过一定阈值，或是内存消耗殆尽的时候，上下文切换的成本就显现出来了。

从另一方面讲，Nginx  的设计是不让工作进程阻止网络流量，除非没有任何工作要做。此外，每一个新的连接只消耗很少的资源，仅包括一个文件描述符和少量的工作进程内存。

总的来说，Nginx  的这种工作模式在系统调优后，它的每个工作进程都能够处理成百上千的HTTP并发连接。

参考资料

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查阅 Nginx 英文站点。

查阅 Nginx 中文 WIKI。