高性能web服务器2——Nginx概述

Nginx 概述

Nginx 是一款广泛使用的高性能 Web 和反向代理服务器，以其出色的并发处理能力和低内存消耗而闻名。自 2004 年首次发布以来，Nginx 已经成为许多企业和组织的首选 Web 服务器和负载均衡解决方案。本文将对 Nginx 进行一个全面的概述，包括其特点、用途和架构。

1. Nginx 的特点

1.1 高性能

事件驱动架构：Nginx 采用了事件驱动的架构，能够处理大量的并发连接。
非阻塞 I/O：通过非阻塞 I/O 模型，Nginx 能够高效地处理 I/O 操作，即使在高并发环境下也能保持良好的性能。

1.2 低资源消耗

内存占用少：Nginx 的内存占用非常低，适合部署在资源受限的环境中。
CPU 使用率低：Nginx 的设计旨在减少 CPU 的使用，从而节省服务器资源。

1.3 稳定性

长期稳定运行：Nginx 能够长时间稳定运行，很少出现崩溃或内存泄露的情况。
热更新能力：支持热更新配置文件，无需重启即可更新配置。

1.4 模块化设计

可扩展性强：Nginx 支持大量的模块，可以根据需要添加不同的功能。
定制化配置：通过配置文件可以灵活地定制 Nginx 的行为。

1.5 安全性

安全特性：支持 SSL/TLS 加密、IP 黑白名单等安全特性。
DDoS 防御：内置 DDoS 防御机制，可以有效地抵御攻击。

1.6 高可用性

负载均衡：作为反向代理服务器，Nginx 可以实现负载均衡，将请求分发到不同的后端服务器。
故障转移：支持健康检查和故障转移机制，确保服务的连续性。

2. Nginx 的用途

2.1 Web 服务器

静态文件服务：Nginx 通常用于服务静态文件，如 HTML、CSS 和 JavaScript 文件。
动态内容服务：通过与后端应用服务器（如 PHP-FPM 或 Node.js）集成，Nginx 也可以服务动态内容。

2.2 反向代理

负载均衡：Nginx 作为反向代理可以将请求分发到多个后端服务器，实现负载均衡。
缓存：Nginx 支持缓存机制，可以缓存静态文件和动态内容，提高响应速度。

2.3 API 网关

API 路由：Nginx 可以作为 API 网关，根据请求路径将请求路由到正确的后端服务。
限流与认证：支持限流和认证机制，保护后端服务的安全。

2.4 SSL 终止

SSL/TLS 卸载：Nginx 可以作为 SSL 终结点，处理 SSL/TLS 加密，减轻后端服务器的负担。

3. Nginx 的架构

3.1 主进程

配置加载：主进程负责加载配置文件。
管理子进程：主进程管理着多个工作子进程，并负责监控这些子进程的健康状况。
对外接口：接收外部的操作（信号）
对内转发：根据外部的操作的不同，通过信号管理 Worker
监控：监控 worker 进程的运行状态，worker 进程异常终止后，自动重启 worker 进程
读取Nginx 配置文件并验证其有效性和正确性
建立、绑定和关闭socket连接
按照配置生成、管理和结束工作进程
接受外界指令，比如重启、升级及退出服务器等指令
不中断服务，实现平滑升级，重启服务并应用新的配置
开启日志文件，获取文件描述符
不中断服务，实现平滑升级，升级失败进行回滚处理
编译和处理perl脚本

3.2 工作进程

事件处理器：每个工作进程都有自己的事件处理器，用于处理连接和 I/O 操作。
请求处理：工作进程负责处理客户端请求，包括解析请求、处理请求逻辑、生成响应等。
所有 Worker 进程都是平等的
实际处理：网络请求，由 Worker 进程处理
Worker进程数量：一般设置为核心数，充分利用CPU资源，同时避免进程数量过多，导致进程竞争
CPU资源，
增加上下文切换的损耗
接受处理客户的请求
将请求依次送入各个功能模块进行处理
I/O调用，获取响应数据
与后端服务器通信，接收后端服务器的处理结果
缓存数据，访问缓存索引，查询和调用缓存数据
发送请求结果，响应客户的请求
接收主程序指令，比如重启、升级和退出等

nginx进程间通信

工作进程是由主进程生成的，主进程使用fork()函数，在Nginx服务器启动过程中主进程根据配置文件决

定启动工作进程的数量，然后建立一张全局的工作表用于存放当前未退出的所有的工作进程，主进程生

成工作进程后会将新生成的工作进程加入到工作进程表中，并建立一个单向的管道并将其传递给工作进

程，该管道与普通的管道不同，它是由主进程指向工作进程的单向通道，包含了主进程向工作进程发出

的指令、工作进程ID、工作进程在工作进程表中的索引和必要的文件描述符等信息。

主进程与外界通过信号机制进行通信，当接收到需要处理的信号时，它通过管道向相关的工作进程发送

正确的指令，每个工作进程都有能力捕获管道中的可读事件，当管道中有可读事件的时候，工作进程就

会从管道中读取并解析指令，然后采取相应的执行动作，这样就完成了主进程与工作进程的交互。

worker进程之间的通信原理基本上和主进程与worker进程之间的通信是一样的，只要worker进程之间能够

取得彼此的信息，建立管道即可通信，但是由于worker进程之间是完全隔离的，因此一个进程想要知道另外一

个进程的状态信息,就只能通过主进程来实现。

为了实现worker进程之间的交互，master进程在生成worker进程之后，在worker进程表中进行遍历，将该

新进程的PID以及针对该进程建立的管道句柄传递给worker进程中的其他进程，为worker进程之间的通信做

准备，当worker进程1向worker进程2发送指令的时候，首先在master进程给它的其他worker进程工作信息

中找到2的进程PID，然后将正确的指令写入指向进程2的管道，worker进程2捕获到管道中的事件后，解析指

令并进行相关操作，这样就完成了worker进程之间的通信。

另worker进程可以通过共享内存来通讯的，比如upstream中的zone，或者limit_req、limit_conn中的

zone等。操作系统提供了共享内存机制