Nginx详解

思维导图：

• Nginx简介
• Nginx配置详解

1. Nginx简介

1.1 nginx概述

• 说明（C10K）
• 程序架构（master/worker）
• nginx的特性
  • 文件并发处理（异步、事件驱动）epoll / select
  • 文件IO（高级IO，异步 mmap）
• 模块分类
  • 核心模块（core module）
  • 标准模块（HTTP modules、Stream modules、Mail modules）
  • 第三方模块（3rd party modules）
• nginx的功能
  • 静态web资源服务器
  • 结合FastCGI、uwSGI等协议反代动态资源请求
  • http/https协议的反向代理
  • tcp/udp协议的请求转发
  • imap4/pop3协议的反向代理

1.2 nginx的安装及程序环境

• 安装
  • yum安装（添加nginx官方的yum仓库）
  • 编译安装（参数见 nginx -V）
• 程序结构
  • 主程序文件：/usr/sbin/nginx
  • Unit File：nginx.service
  • 配置文件：/etc/nginx/nginx.conf、/etc/nginx/conf.d/*.conf
  • mime.type：支持的mime类型
• Nginx工作原理图示
  • 

1.3 零复制机制&五种IO模型

1.3.1 零复制机制

• zero-copy：mmap()
  • 将文件直接映射到用户程序的内存中
  • 这段内存空间可以用作进程间的共享内存空间，内核也可以直接操作这段空间
• zero-copy：sendfile()
  • 借助文件描述符来实现数据拷贝
  • 将文件描述符in_fd的数据拷贝给文件描述符out_fd
• zero-copy：splice()
  • 在两个文件描述符之间移动数据，且其中一个文件描述符必须是管道描述符
• zero-copy：tee()
  • 在两个管道描述符之间复制数据
• 写时复制（copy-on-write），COW

1.3.2 五种IO模型

• Blocking I/O：阻塞的IO
• Non-Blocking I/O：非阻塞的IO
• Multiplexing I/O：IO多路复用
• Singal-driven I/O：信号驱动IO
• Asynchronous I/O:异步IO

1.4 nginx的基本配置

• 主配置文件
• nginx命令
  • -t：进行配置文件语法检查
  • -c：使用指定的配置文件启动nginx
  • -s reload：运行时重载配置文件
• -s reload重载的原理：
  • 检查配置文件语法后，载入配置文件到内存中并解析，
  • 然后主进程fork一系列新的worker进程，并发送QUIT信号给旧的worker进程（graceful stop）
  • 旧的工作进程接收到QUIT信号后，会停止接收新的连接请求，并继续处理旧的连接直到请求处理完成才退出
• http协议相关的配置结构
  • 

2. Nginx配置详解

2.1 main配置段详解

2.1.1 正常运行的必备配置

• user user [group];
• pid /path/to/pid_file;
• include file | mask;
• load_module file;

2.1.2 性能相关

• worker_processes number | auto;
• worker_cpu_affinity cpumask...
• worker_priority number;
• worker_rlimit_nofile number;

2.1.3 调试、定位

• daemon on | off;
• master_process on | off;
• error_log file [level];

2.1.4 事件驱动相关

定义在events{}中

• worker_connection number;
• use epoll;
• accept_mutex on | off;
• multi_accept off;

2.2 http配置段详解

2.2.1 与套接字相关的配置

• server{...}
• listen address[:port]
  • listen address[:port] [default_server] [ssl] [http2 | spdy] [backlog=number] [rcvbuf=size] [sndbuf=size]
• server_name name;
  • 支持 * 通配任意长度的任意字符
  • 支持 ~ 起始的字符做正则表达式模式匹配

三个重要的选项：

• tcp_nodelay on | off;

发送一个报文时，如果内容本身非常小（可能报文的首部都比报文内容本身大），在开启了持久连接的情况下，可以将多个很小的内容合并，然后统一封装到一个报文中进行统一发送。在这种情况下，本来第一个报文到达的时间点变成了最后一个报文到达的时间点。

所以，在追求响应速度的情况下，可以关闭统一进行封装的功能，而让每一个小报文单独的立即响应。tcp_nodelay选项就是实现这一功能，所以应该将其开启。

这个选项只有在开启持久连接功能时才有效，非保持连接情况下，无论关闭或开启都不会有效。

• tcp_nopush on | off;

利用完整的报文发送一个文件，而不是把一个文件分开来发送（一个报文发送一个文件）。

在使用了sendfile的情况下，文件是分开来的：文件内容先发送出去，而首部随后到达。因为封装应用层首部只有特定的程序nginx进行封装，而内核是无法识别的应用层的。所以文件内容直接先发送出去，而文件的首部则在用户空间打包好后再到达内核空间，然后再发送出去。（至于sendfile，它是零复制机制中的一种，需要开启）

一旦启动了tcp_nopush，那么就可以合并起来一起发送。文件内容会在内核空间等待应用层首部到达之后，再一并用一个完整的报文发送出去。

• sendfile on | off;

是否启用sendfile功能，sendfile是零复制机制zero-copy中的一种。

 

• types_hash_max_size SIZE；

在nginx内部，为了加速对某些资源的访问，如客户端在请求后，服务器要立即分析请求的资源类型、如何匹配等等，会将这些结果哈希后保存在内存中。types_hash_max_size就是设定在内存中启用多大的空间来保存这些哈希值。

types_hash_max_size=2048;
这里的2048表示的是条目，而非大小。

2.2.2 定义路径相关的配置

• location [ = | ^~ | ~ | ~* ] URI { ... }
  • =    ：精确匹配
  • ^~   ：对URI的左半部分做匹配检查，不区分字符大小写，禁用正则
  • ~    ：对URI做正则匹配，区分字符大小写
  • ~*   ：对URI做正则匹配，不区分字符大小写

根据请求的URI来做对应的访问设置。

"location / {}"是一种特殊的uri匹配，无论什么uri路径，都能往这里面装，可以认为它是默认匹配，当其它location都匹配不上时就会匹配它。

location / {
    deny 10.0.0.202;
    allow all;
}

location ~* .(jpg|png)$ {
    deny 10.0.0.203;
    allow all;
}

优先级：=   >>   ^~   >>   ~/~*   >>   不带符号

nginx先检查URI的前缀路径，在这些路径中找到最精确匹配请求URI的路径，然后nginx按在配置文件中的出现顺序检查正则表达式路径，匹配上某个路径后立即停止匹配并使用该路径的配置，否则使用最大前缀匹配的路径配置。

location后面的URI对于root和alias选项的区别：root选项最右边的根对应于URI最左边的根，而alisa选项最右边的根对应于URI最右边的根。

• root path;
• alias path;
• index file;
• error_page code ... [=[response]] URI

error_page  404   /notfound.html ;   # 这里的也可以写成  404 =200  来冒充正常响应
location = /notfound.html {
        root /data/nginx/error_pages;
}

2.2.3 定义客户端请求的相关配置

• keepalive_timeout timeout [header_timeout];
• keepalive_requests number;
• keepalive_disable none | browser ...;
• send_timeout time;
• client_body_buffer_size size;
  • 用于接收客户端请求报文的body部分的缓冲区的大小，默认为16k
  • 超出此大小，将会被暂存到磁盘上由client_body_temp_path所定义的位置
• client_body_temp_path path [level1 [level2 [level3]]];
• client_max_body_size 20M;
  • 设定客户端PUT请求中报文内容的最大大小

2.2.4 对客户端进行限制的相关配置

• limit_rate rate;
• limit_except method ... {}

limit_except  GET  {
    allow  192.168.1.0/24;
    deny all;
}

2.2.5 文件操作优化的配置

• aio on | off;
• open_file_cache on | off;
  • open_file_cache max=N  [inactive=time]
• open_file_cache_valid time;
• open_file_cache_min_uses number;
• open_file_cache_errors on | off;

2.2.6 add_header添加响应首部字段

向客户端进行响应时，给响应报文加上自定义首部或修改指定首部的值。

server {
    add_header    RealPath   $realpath_root;
}

2.3 各种常用模块提供的功能

2.3.1 ngx_http_access_module

location  /  {
    deny  192.168.1.1;
    allow  192.168.1.0/24;
    allow  10.0.0.0/16;
    deny  all;
}

2.3.2 ngx_http_auth_basic_module

location  /admin/  {
    auth_basic  "Admin Area";
    auth_basic_user_file   /etc/nginx/.ngxpasswd;
}

2.3.3 ngx_http_stub_status_module

location  /basic_status {
    stub_status;
}

对于回显信息的说明：

Active connections: 291 
server accepts handled requests
        16630948 16630948 31070465 
Reading: 6 Writing: 179 Waiting: 106         

# Active connections: 活动状态的连接数；

# accepts：已经接受的客户端请求的总数；
# handled：已经处理完成的客户端请求的总数；
# requests：客户端发来的总的请求数；

# Reading：处于读取客户端请求报文首部的连接的连接数；
# Writing：处于向客户端发送响应报文过程中的连接数；
# Waiting：处于等待客户端发出请求的空闲连接数；

2.3.4 ngx_http_log_module

• log_format name string ...;
• access_log path [ format [buffer=size] [gzip[=level]] [flush=time] [if=condition] ];
• open_log_file_cache max=N [inactive=time] [min_uses=N] [valid=time];

2.3.5 ngx_http_gzip_module

• gzip on | off;
• gzip_comp_level level;
• gzip_min_length  NUM;
• gzip_disable regex ... ;
• gzip_buffers number size;
  • gzip_buffers 32 4k;
  • gzip_buffers 16 8k;
• gzip_proxied off | expired | no-cache | no-store | private | no_last_modified | no_etag | auth | any …;
• gzip_types mime-type ...;

gzip  on;
gzip_comp_level 6;
gzip_min_length 64;
gzip_proxied any;
gzip_types text/xml text/css  application/javascript; 

2.3.6 ngx_http_ssl_module

• ssl on | off;
• ssl_certificate file;
• ssl_certificate_key file;
• ssl_protocols [SSLv2] [SSLv3] [TLSv1] [TLSv1.1] [TLSv1.2];
• ssl_session_timeout 30s;       
  • 设置客户端一侧的连接可以复用ssl session cache中缓存的ssl参数的有效时长
• ssl_session_cache off | none | [builtin[:size]] [shared:name:size];
  • ssl_session_cache shared:sslcache:20m;

Nginx使用Master / Worker 的方式工作，由Master进程接收请求，进而再通过轮流或抢占的策略将请求交由选定的Worker进程处理。

因此在设置SSL时，就需要考虑多Worker进程环境下的SSL Session缓存的问题。最好设置为shared模式，也就是多个Worker之间共享SSL缓存。

ssl_session_cache shared:sslcache:20m;

server {
        listen 443 ssl;
        server_name www.hgzerowzh.com;
        root /vhosts/ssl/htdocs;
        ssl on;
        ssl_certificate /etc/nginx/ssl/nginx.crt;
        ssl_certificate_key /etc/nginx/ssl/nginx.key;
        ssl_protocols sslv3 tlsv1 tlsv1.1 tlsv1.2;
        ssl_session_cache shared:sslcache:20m;
}

2.3.7 ngx_http_referer_module

• valid_referers none | blocked | server_names | string …;
  • none：请求报文首部没有referer首部
  • blocked：请求报文的referer首部没有值
  • server_names：参数，其可以有值作为主机名或主机名模式

valid_referers none blocked server_names *.hgzerowzh.com  hgzerowzh.*  ~.hgzero.;

if($invalid_referer) {
        return http://www.hgzerowzh.com/invalid.jpg;
}

2.4 URL重写（rewrite）

2.4.1 ngx_http_rewrite_module

• rewrite regex replacement [flag]

四个flag：

• last：结束本轮循环而进行下一轮循环，类似于continue
• break：跳出循环而进入后面的代码块
• redirect：重写后以临时重定向302的方式发送新的URL给客户端
  • 不能以http://或https://开头
• permanent：重写后以永久重定向301的方式发送新的URL给客户端
  • 不能以http://或https://开头

# 格式：
rewrite  正则匹配  替换  [flag]
 
rewrite /(.*).png$ /$1.jpg  break;
rewrite /(.*)$  https://bbs.hgzerowzh.com/$1  last;
 
# http重写为https：
server {
    listen 80; 
    rewrite (.*) https://bbs.hgzerowzh.com/$1;
}

• return code [URL]
• rewrite_log on | off;
• if (condition) {...}
• set $variable value

# 当使用IE浏览器访问时，重定向到/msie/目录下的对应文件
if ($http_user_agent ~ MSIE) {
    rewrite ^(.*)$ /msie/$1 break;
}

# 当http请求的方法为POST，则直接返回405状态码，即Method not Allowed
if ($request_method = POST) {
    return 405;
}

# 当请求的资源文件不存在，则直接退出当前匹配，并代理至本机，这种情况下由本机来提供服务，如提供错误页面
if (!-f $request_filename) {
    break;
    proxy_pass http://127.0.0.1;
}

# 当访问的是hgzerowzh.com下任意主机，则重定向到www.hgzerowzh.com主机下的对应目录
if ($http_host ~* "^(.*).hgzerowzh.com$") {
    set $domain $1;
    rewrite ^(.*) http://www.hgzerowzh.com/$domain/ break;
}
# 最后一种URL重写为一个新的主机名站点，但使用URL重写的效率比较低下，远不如直接为此站点独立定义一个虚拟主机

3. nginx配置概览

user  nginx;                # 定义worker进程的用户和用户组
pid   /var/run/nginx.pid;   # 使用的pid文件
load_module /path/to/file;  # 加载的模块
include /path/to/file;      # 导入的配置文件

worker_processes  auto;     # worker进程数
worker_cpu_affinity auto;   # worker进程和cpu绑定
worker_priority 0;          # 定义worker进程的nice值
worker_rlimit_nofile 3600;  # 所有的worker进程能够打开的文件数量上限

daemon on;                  # 是否守护进程模式
master_process on;          # 是否启用master/worker模式
error_log  /var/log/nginx/error.log   warn;   # 错误日志的记录位置及级别


events {
    worker_connections  1024;   # 每个worker的最大并发连接数
    use epoll;                  # 使用的并发连接处理方法
    accept_mutex on;            # 是否启用互斥锁，On意味着由各worker轮流处理新请求，
        # Off意味着每个新请求的到达都会通知所有的worker进程
}


http {

        tcp_nodelay on;    # 在keepalived模式下的连接，多个报文不要合并一起发
        tcp_nopush on;     # 开启sendfile时，让数据包挤满到一定程度才发送，挤满之前被阻塞
        sendfile on;       # 启用零拷贝模式

        keepalive_timeout  65;           # 保持连接的超时时间，设置0为不开启
        keepalive_requests  100;         # 一次长连接的最大资源请求数
        keepalive_disable  none;         # 指定对哪种浏览器禁用长连接
        send_timeout time;               # 向客户端发送响应报文的超时时间，
                 # 指两次写操作之间的间隔时间
        
        client_body_buffer_size  16k;         # 指定接收客户端请求报文的body部分的缓冲区大小，
                 # 默认为16k，超出此大小就放到下面的临时路径中
        client_body_temp_path  /var/tmp/client_body  1 2 2;  
                                         # 设定用于存储客户端请求报文body部分的临时路径和子目录结构和数量

         
        aio on;                                # 是否开启aio功能
        open_file_cache max=2000 inactive=10;  # 缓存打开文件的元数据
        open_file_cache_valid 60s;             # 缓存有效性的检查频率，默认60s
        open_file_cache_min_uses 3;            # 指定在活动有效期内，最小的命中次数
    open_file_cache_errors on;              # 是否缓存查找时发生错误的文件一类的信息
        
        
        limit_rate 0;            # 限制客户端的传输速率(bytes/second)
        limit_except GET {       # 限制使用除了GET请求之外的方法时，允许的客户端
                allow 192.168.1.0/24;
                deny all;
        } 
        
        
        gzip on;            # 启用gzip压缩响应报文
        gzip_comp_level 6;  # 指定压缩比
        gzip_disable none;  # 对于指定的浏览器不启用压缩功能
        gzip_min_length 64; # 启用压缩功能的响应报文大小阈值
        gzip_buffers 32 4k; # 支持实现压缩功能时为其配置的缓冲区数量及每个缓冲区的大小
        gzip_proxied any;   # nginx作为代理服务器时，在何种条件下启用压缩功能
        # gzip_proxied off | expired | no-cache | no-store | private | no_last_modified | no_etag | auth | any ...;
        gzip_types mime-type;  # 压缩过滤器，仅对此处设定的MIME类型的内容启用压缩功能
        
        
        # 实现防盗链功能
        valid_refers none blocked server_names *.hgzero.com hgzero.* ~.hgzero.;  # 设置合法的referer来源
        # valid_refers none | blocked | server_names | string ...;     # none表示没有referer，blocked表示referer值为空
        if($invalid_referer){
                return http://www.hgzero.com;
        }
        
        
        server {  # 定义一个虚拟主机，要注意虚拟主机的匹配规则
                # listen IP:PORT  [default_server] [ssl] [http2|spdy] [backlog=NUM] [rcvbuf=size] [sndbuf=size];
                listen 80;
                
                # 定义主机名加域名，即网站地址，注意这里的匹配机制顺序：精确匹配>左侧*通配符>右侧*通配符>正则匹配
                server_name www.hgzero.com  *.hgzero.com  hgzero.*  ~^wwwd+.hgzero.com$;
                
                # 在响应首部中添加字段，这里添加了一个RealPath字段，值为变量realpath_root的值
                add_header RealPath $realpath_root;    
                
      
                # 使用ssl（要在监听ip和端口后面加上ssl字段）
                ssl on;
                ssl_certificate cert.pem;                   # ssl证书的位置
                ssl_certificate_key cert.key;               # 与证书匹配的私钥文件
                ssl_protocols sslv3 tlsv1 tlsv1.1 tlsv1.2;  # 指定ssl协议版本，默认为tlsv1 tlsv1.1 tlsv1.2
                # ssl_protocols [SSLv2][SSLv3][TLSv1][TLSv1.1][TLSv1.2];
                ssl_session_cache shared:sslcache:20m;      # 设置ssl的session缓存
                # ssl_session_cache off | none | [builtin[:size]]  [shared:name:size];
                ssl_session_timeout 30s;           # 设置客户端一侧的连接可以复用ssl session cache中缓存的ssl参数的有效时长
                
                   
                #############################
                location [ = | ^~ | ~ | ~*  ]  uri  {  # 要特别注意location容器的匹配规则
                        root /data/one/;
                }
                #############################
                
                location /images/  {
                        root /data/hgzero/;              # 站定根目录,相当于uri中左边的/
                        # alias /data/hgzero/;           # 定义站点别名，相当于uri中右边的/
                        index index.html index.php;      # 站点主页文件
                }
                
                # 自定义错误页面
                error_page  404  /notfound.html;
                location = /notfound.html {
                        root /data/nginx/error_pages;
                }
                
                # 实现用户访问控制
                location /admin/ {
                        alias /webapps/app1/data/;
                        auth_basic "Admin Area";                     # 提示的字符串
                        auth_basic_user_file /etc/nginx/.ngxpasswd;  # 用户名及密码认证文件，可以用htpasswd生成
                }
                
                # 获取nginx状态信息，这里最好要定义访问控制权限
                location /basic_status {
                        stub_status;
                }
                
                # 指定日志记录的格式
                log_format main '$remote_addr' - $remote_user [$time_local] "$request"'
                        '$status $body_bytes_sent "$http_referer"'
                        '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"'';
                        # $remote_addr:客户端地址，如果有代理服务器，则要使用$http_x_forwarded_for
                        # $remote_user:远程客户端用户名称
                        # $time_local:记录访问时间和时区信息
                        # $request:记录用户访问时的url和http协议信息，如："GET /favicon.ico HTTP/1.1"
                        # $status:记录客户端请求时返回的状态码
                        # $body_bytes_sent:记录服务器响应给客户端的主体大小
                        # $http_referer:记录此次请求是从哪个链接过来的
                        # $http_user_agent:记录客户端的浏览器信息
                        # $http_x_forwarded_for:记录每一级代理的信息
                access_log /spool/logs/nginx-access.log  main;  # 指定日志文件的存放位置
                # access_log /spool/logs/nginx-access.log gzip buffer=32k;
                
                open_log_file_cache max=2000;                   # 缓存各日志文件相关的元数据信息
                # open_log_file_cache  max=N [inactive=time] [min_uses=N] [valid=time];
        }           
}