Nginx 特性、配置与实战部署

失因2025-09-29 18:03

Nginx 特性、配置与实战部署

一、Nginx 概述

Nginx 是一款轻量级的 Web 服务器 、反向代理服务器 及 电子邮件（IMAP/POP3）代理服务器 ，以 内存占用少、并发能力强 著称。在中国大陆，百度、京东、新浪、网易、腾讯、淘宝等头部企业均采用 Nginx 作为核心 Web 服务组件。

二、Nginx 核心特性与优点

（一）核心特性

  1. 高并发支撑：官方测试可支撑 5 万并发连接，生产环境中常规可达 2-3 万并发，远超传统 Apache 服务器。
  2. 高效事件模型：基于 epoll（Linux）、kqueue（BSD）等高效事件驱动模型，资源利用率低。
  3. 多角色支持：可同时作为 Web 服务器、反向代理服务器、负载均衡服务器，且能直接支持 PHP-FPM、uWSGI 等动态服务。
  4. 高性能设计：采用 C 语言编写，系统资源开销小、CPU 效率高，无 Perlbal 等工具的性能瓶颈。

（二）核心优点

|------------|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 优点分类 | 具体说明 |
| 性能优势 | - 内存消耗少：3 万并发下，10 个 Nginx 进程仅占用约 150M 内存；- 热部署支持：无需停机即可重载配置文件，保障服务连续性。 |
| 功能优势 | - 内置健康检查：后端服务器宕机时自动剔除，不影响前端访问；- GZIP 压缩：支持静态资源压缩，节省带宽；- URL 重写：可根据域名、路径分发请求到不同后端；- 模块化设计：核心模块与第三方模块可灵活组合，支持动态编译。 |
| 成本与稳定性 | - 开源免费：相比 F5 BIG-IP、NetScaler 等硬件负载均衡设备，大幅降低成本；- 稳定性高：作为反向代理时宕机概率极低，适合生产环境长期运行。 |

三、Nginx 功能体系

（一）基本功能

  1. 静态资源服务：直接处理 HTML、CSS、JS、图片等静态资源，支持缓存打开的文件描述符，提升访问速度。
  2. 反向代理：支持 HTTP、SMTP、POP3 协议的反向代理，可隐藏后端服务器 IP，提升安全性。
  3. 负载均衡：通过 upstream 模块实现后端服务器集群的负载分发，支持轮询、IP 哈希、权重等多种算法。
  4. 动态服务对接：支持 FastCGI（适配 PHP-FPM，用于 LNMP 架构）、uWSGI（适配 Python）等动态服务协议。
  5. 基础过滤与处理：内置 ZIP 压缩、SSI 解析、图像大小调整等过滤器模块。
  6. SSL 支持：集成 http_ssl_module，可配置 HTTPS 协议，保障数据传输安全。

（二）扩展功能

  1. 虚拟主机：支持基于域名（server_name）和 IP 的多虚拟主机，实现一台服务器部署多个站点。
  2. 连接优化：支持 keepalive 长连接，减少 TCP 握手开销；开启 tcp_nodelay 优化长连接数据传输。
  3. 访问控制：基于 IP 地址、用户身份（如 Basic Auth）限制访问，保障站点安全。
  4. 流量控制：支持速率限制（limit_rate）和并发数限制（limit_conn），防止恶意请求压垮服务器。
  5. 日志定制：支持自定义访问日志格式，可使用日志缓冲区提升存储性能，便于后续日志分析。

四、Nginx 模块分类

Nginx 的功能由模块支撑，模块按来源分为三类：

|-----------|---------------------------------------------------------------|---------------------------------------|
| 模块类型 | 包含模块示例 | 功能说明 |
| 核心模块 | HTTP 模块、EVENT 模块、MAIL 模块 | Nginx 运行的基础，默认编译进程序，负责协议解析、事件驱动等核心逻辑。 |
| 基本模块 | HTTP Access 模块、HTTP FastCGI 模块、HTTP Proxy 模块、HTTP Rewrite 模块 | 扩展核心功能，如访问控制、FastCGI 对接、反向代理、URL 重写等。 |
| 第三方模块 | HTTP Upstream 模块、Request Hash 模块、Notice 模块、HTTP Access Key 模块 | 由社区或用户开发，满足特定场景需求（如自定义负载均衡算法、访问密钥验证）。 |

五、Nginx 工作原理

（一）进程架构

Nginx 采用 Master-Worker 多进程模型，启动后包含两类进程：

  1. Master 进程：仅 1 个，不处理客户端请求，负责管理 Worker 进程：
    • 读取并验证配置文件；
    • fork（创建）Worker 进程；
    • 接收信号（如重载配置、停止服务）并分发给 Worker 进程。

2.Worker 进程：多个（数量由 worker_processes 配置），核心职责是处理客户端请求，每个 Worker 进程独立运行，通过事件驱动模型处理多个请求。

（二）关键技术点

  1. 惊群问题与互斥锁
    • 惊群问题：当一个客户端连接到来时，所有 Worker 进程都会收到通知并尝试抢占连接，导致资源浪费。
    • 解决方案：开启 accept_mutex（互斥锁），同一时刻仅允许一个 Worker 进程抢占连接，避免竞争。

2.连接池机制

    • 每个 Worker 进程有独立的连接池，大小由 worker_connections 配置，存储 ngx_connection_t 结构（非真实连接）。
    • 连接池通过空闲链表（free_connections）管理，获取连接时从链表取，释放后放回，提升资源复用效率。

3.最大并发数计算

    • 静态资源服务：最大并发数 = worker_processes × worker_connections；
    • 反向代理服务：最大并发数 =（worker_processes × worker_connections）/ 2（每个请求需占用 "客户端 - nginx" 和 "nginx - 后端" 两个连接）。

六、Nginx 配置文件详解

（一）配置文件结构

Nginx 主配置文件默认路径为 /usr/local/nginx/conf/nginx.conf，结构分为 4 个层级，按生效范围从大到小为：

复制代码 
main # 全局配置段（影响所有进程）

├─ events # 事件模型配置段（影响 Worker 进程的事件处理）

└─ http # HTTP 协议配置段（影响所有 HTTP 服务）

├─ upstream # 负载均衡集群配置（定义后端服务器组）

└─ server # 虚拟主机配置（对应一个站点）

└─ location # 请求匹配配置（按 URI 分发请求）

（二）核心配置参数

1. main 全局配置段

|----------------------|----------------------------------|--------------------------------------------------------------|
| 参数 | 格式 | 功能说明 |
| daemon | `daemon {on off};` | |
| master_process | `master_process {on off};` | |
| error_log | error_log 路径 级别; | 错误日志配置，级别包括 debug、info、warn、error、crit（生产环境推荐 error 或 warn）。 |
| worker_processes | worker_processes n; | Worker 进程数量，建议设为 CPU 核心数（或核心数 - 1），避免上下文切换。 |
| worker_cpu_affinity | worker_cpu_affinity cpumask ...; | 将 Worker 进程绑定到指定 CPU 核心（如 0001 0010 表示第 1、2 核心），减少缓存刷新。 |
| worker_rlimit_nofile | worker_rlimit_nofile number; | 所有 Worker 进程最大可打开文件数（默认 1024，生产环境建议设为 65535）。 |
| pid | pid /path/to/pid_file; | 指定 Master 进程 PID 文件路径（如 /var/run/nginx.pid）。 |

2. events 事件配置段

|--------------------|----------------------------|---------------------------------------|
| 参数 | 格式 | 功能说明 |
| accept_mutex | `accept_mutex {on off};` | |
| use | `use [epollrtsig | |
| worker_connections | worker_connections 1024; | 每个 Worker 进程最大连接数（生产环境建议设为 10240 以上）。 |

3. http 协议配置段

http 段是最核心的配置区域，包含 upstream、server、location 等子段，基础配置示例：

复制代码 
http {

include mime.types; # 引入 MIME 类型映射文件

default_type application/octet-stream; # 默认 MIME 类型

# 日志配置

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 /var/log/nginx/access.log main; # 访问日志路径与格式

# 连接优化

sendfile on; # 启用 sendfile 高效传输文件

tcp_nopush on; # 配合 sendfile 使用，提升传输效率

keepalive_timeout 65; # 长连接超时时间（默认 65s）

# 负载均衡集群（upstream 段）

upstream backend_servers {

server 192.168.100.30:80 weight=1; # 后端服务器 1，权重 1

server 192.168.100.40:80 weight=2; # 后端服务器 2，权重 2（接收更多请求）

server 192.168.100.50:80 backup; # 备份服务器（主服务器全部宕机时启用）

}

# 虚拟主机（server 段）

server {

listen 80; # 监听端口（HTTP 默认 80）

server_name www.example.com; # 虚拟主机域名（可配置多个，用空格分隔）

# 请求匹配（location 段）

location / {

root /var/www/html; # 站点根目录

index index.html index.htm; # 默认索引文件

proxy_pass http://backend_servers; # 反向代理到 upstream 集群

}

}

}
4. location 配置（请求匹配）

location 用于按 URI 匹配请求，格式为 location [修饰符] pattern { ... }，核心是 修饰符与优先级。

|------|---------------------------------------------------|-------|
| 修饰符 | 作用 | 优先级 |
| = | 精确匹配 URI（如 location = /abc 仅匹配 /abc，不匹配 /abc/123） | 1（最高） |
| ^~ | 前缀匹配，匹配成功后停止搜索其他模式（不支持正则） | 3 |
| ~ | 正则匹配，区分大小写（如 ~ /ABC 不匹配 /abc） | 4 |
| ~* | 正则匹配，不区分大小写（如 ~* /ABC 匹配 /abc） | 4 |
| 无修饰符 | 前缀匹配，匹配成功后继续搜索更精确的模式 | 5（最低） |

优先级验证示例：

复制代码 
# 1. 精确匹配（优先级最高）

location = /abc { echo "=1"; }

# 2. 前缀匹配（优先级次高）

location ^~ /abc { echo "^~2"; }

# 3. 正则匹配（区分大小写，优先级低于 ^~）

location ~ /abc { echo "~3"; }

# 4. 正则匹配（不区分大小写，优先级与 ~ 按配置顺序）

location ~* /abc$ { echo "~*4"; }

# 5. 无修饰符前缀匹配（优先级最低）

location /abc { echo "null5"; }
  • 删除 = 规则后，输出 ^~2（^~ 生效）；
  • 删除 ^~ 规则后，输出 ~3（~ 比 ~* 先配置，优先生效）；
  • 删除正则规则后，输出 null5（无修饰符生效）。
5. FastCGI 配置（对接 PHP-FPM）

在 LNMP 架构中，Nginx 通过 FastCGI 转发 PHP 请求到 PHP-FPM，核心配置如下：

复制代码 
location ~ \.php$ {

root /var/www/html; # PHP 站点根目录（需与 PHP-FPM 一致）

fastcgi_pass 192.168.100.30:9000; # PHP-FPM 地址（IP:端口）

fastcgi_index index.php; # 默认 PHP 索引文件

# 传递 PHP 脚本路径（固定格式，确保 PHP 能找到源码）

fastcgi_param SCRIPT_FILENAME $document_root$fastcgi_script_name;

include fastcgi_params; # 引入 FastCGI 通用参数（如 PATH_INFO）

}

（三）常用配置文件说明

|--------------|------------------------------------|---------------------------------------------------------------|
| 配置文件 | 路径 | 功能 |
| nginx.conf | /usr/local/nginx/conf/nginx.conf | 主配置文件，包含全局、events、http 等核心配置。 |
| mime.types | /usr/local/nginx/conf/mime.types | MIME 类型映射表，定义文件扩展名与 Content-Type 的对应关系（如 .html 对应 text/html）。 |
| fastcgi.conf | /usr/local/nginx/conf/fastcgi.conf | FastCGI 专用配置，包含 PHP 运行所需的环境变量。 |
| proxy.conf | /usr/local/nginx/conf/proxy.conf | 反向代理专用配置，如代理超时、请求头设置等。 |
| sites.conf | /usr/local/nginx/conf/sites.conf | 虚拟主机配置（可选），集中管理多个 server 段，通过 include 引入主配置。 |

七、Nginx 部署实战

（一）单节点 Nginx 部署（CentOS 7）

1. 环境准备
复制代码 
# 关闭防火墙与 SELinux

systemctl stop firewalld && systemctl disable firewalld

setenforce 0 && sed -i 's/SELINUX=enforcing/SELINUX=disabled/' /etc/selinux/config

# 安装依赖包与开发工具

yum -y groupinstall "Development Tools"

yum -y install pcre-devel openssl openssl-devel gd-devel gcc gcc-c++ make zlib-devel wget lrzsz

# 创建 Nginx 专用用户（无登录权限）

useradd -r -M -s /sbin/nologin nginx

# 创建日志目录并授权

mkdir -p /var/log/nginx

chown -R nginx:nginx /var/log/nginx
2. 源码编译安装
复制代码 
# 下载 Nginx 源码包（以 1.24.0 版本为例）

wget http://nginx.org/download/nginx-1.24.0.tar.gz

# 解压源码包

tar -xzvf nginx-1.24.0.tar.gz -C /usr/local/

# 编译配置（启用 SSL、静态压缩、状态监控等模块）

cd /usr/local/nginx-1.24.0/

./configure --prefix=/usr/local/nginx \

--user=nginx \

--group=nginx \

--with-debug \

--with-http_ssl_module \

--with-http_realip_module \

--with-http_image_filter_module \

--with-http_gunzip_module \

--with-http_gzip_static_module \

--with-http_stub_status_module \

--http-log-path=/var/log/nginx/access.log \

--error-log-path=/var/log/nginx/error.log

# 编译与安装

make && make install

# 配置环境变量（全局可调用 nginx 命令）

echo 'export PATH=/usr/local/nginx/sbin:$PATH' > /etc/profile.d/nginx.sh

source /etc/profile.d/nginx.sh
3. 服务管理
复制代码 
# 验证配置文件语法

nginx -t

#

启动 Nginx
nginx

查看 Nginx 进程与端口（确认 80 端口已监听）
ps -ef | grep nginx

ss -anlt | grep 80

重载配置文件（修改配置后无需停机）
nginx -s reload

停止 Nginx（优雅停止，处理完当前请求后退出）
nginx -s quit

强制停止 Nginx（紧急情况使用）
nginx -s stop
复制代码

（二）分布式 LNMP 架构部署（三台服务器）

基于"Nginx 单独部署+MySQL 单独部署+PHP 单独部署"的架构，服务器信息如下：

- Nginx 服务器：192.168.100.10（接收请求，处理静态资源，转发 PHP 请求）

- MySQL 服务器：192.168.100.20（存储数据，如 WordPress 数据库）

- PHP 服务器：192.168.100.30（运行 PHP-FPM，处理动态请求，连接 MySQL）

1. 前置准备（所有服务器）
复制代码 
# 关闭防火墙与 SELinux（同单节点部署）

systemctl stop firewalld && systemctl disable firewalld

setenforce 0 && sed -i 's/SELINUX=enforcing/SELINUX=disabled/' /etc/selinux/config

# 配置 hosts 解析（便于跨服务器访问，可选）

echo "192.168.100.10 nginx-server" >> /etc/hosts

echo "192.168.100.20 mysql-server" >> /etc/hosts

echo "192.168.100.30 php-server" >> /etc/hosts
2. MySQL 服务器（192.168.100.20）配置
复制代码 
vim /etc/man_db.conf
添加
MANDATORY_MANPATH                       /usr/local/mysql/man

vim /etc/ld.so.conf.d/mysql.conf
添加
/usr/local/mysql/lib
3. PHP 服务器（192.168.100.30）配置
复制代码 
# 安装 PHP 7.0 与依赖（启用 Remi 源）

yum -y install https://rpms.remirepo.net/enterprise/remi-release-7.rpm

yum -y install yum-utils

yum-config-manager --enable remi-php70

yum -y install php php-cli php-fpm php-mysqlnd php-zip php-devel php-gd php-mbstring php-curl php-xml php-pear php-bcmath php-json php-redis

# 配置 PHP-FPM（允许 Nginx 服务器访问）

vim /etc/php-fpm.d/www.conf

# 修改以下参数：

listen = 0.0.0.0:9000 # 监听全网（或仅 Nginx 服务器 IP：192.168.100.10）

listen.allowed_clients = 192.168.100.10 # 仅允许 Nginx 服务器连接

# 创建 PHP 站点目录并部署测试文件

mkdir -p /var/www/html

vim /var/www/html/index.php

# 写入测试内容：

<?php

phpinfo();

?>

# 授权目录权限（与 PHP-FPM 运行用户一致，默认 apache）

chown -R apache:apache /var/www/html/

# 启动 PHP-FPM 并设置开机自启

systemctl start php-fpm && systemctl enable php-fpm

ss -anlt | grep 9000 # 确认 9000 端口已监听
4. Nginx 服务器（192.168.100.10）配置
复制代码 
# 部署单节点 Nginx（参考本章"单节点 Nginx 部署"步骤）

# 修改 Nginx 配置文件，转发 PHP 请求到 PHP 服务器

vim /usr/local/nginx/conf/nginx.conf

# 调整 http 段中的 server 配置：

server {

listen 80;

server_name www.example.com; # 站点域名（或 Nginx 服务器 IP）

# 处理静态资源

location / {

root /var/www/html; # 静态资源目录（可与 PHP 服务器目录一致，或单独存放）

index index.php index.html index.htm; # 优先解析 index.php

}

# 转发 PHP 请求到 PHP 服务器

location ~ \.php$ {

root /var/www/html; # 必须与 PHP 服务器的站点目录一致

fastcgi_pass 192.168.100.30:9000; # PHP 服务器 IP:PHP-FPM 端口

fastcgi_index index.php;

fastcgi_param SCRIPT_FILENAME /var/www/html/$fastcgi_script_name; # 传递 PHP 脚本路径

include fastcgi_params;

}

}

# 验证配置并重启 Nginx

nginx -t

nginx -s reload

# 测试 PHP 解析（浏览器访问 Nginx 服务器 IP）

# 若显示 PHP 信息页面，说明 LNMP 架构部署成功

八、Nginx 平滑升级与模块添加

平滑升级指 在不中断服务的情况下升级 Nginx 版本或添加新模块，核心是利用 Nginx 的 Master-Worker 模型，逐步替换旧进程。

（一）平滑升级步骤（以添加 echo-nginx-module 为例）

1. 准备工作
复制代码 
# 1. 获取当前 Nginx 的编译参数（必须保留，避免丢失原有模块）

nginx -V # 输出示例：--prefix=/usr/local/nginx --user=nginx ...

# 2. 下载新模块（以 echo 模块为例，用于输出自定义内容）

wget https://github.com/openresty/echo-nginx-module/archive/refs/heads/master.zip -O echo-nginx-module-master.zip

unzip echo-nginx-module-master.zip -d /root/ # 解压到 /root/ 目录

# 3. 下载与当前版本一致的 Nginx 源码包（避免版本冲突）

wget http://nginx.org/download/nginx-1.24.0.tar.gz

tar -xzvf nginx-1.24.0.tar.gz
2. 重新编译（添加新模块）
复制代码 
cd nginx-1.24.0/

# 复制原有编译参数，并添加 --add-module 指向新模块路径

./configure --prefix=/usr/local/nginx \

--user=nginx \

--group=nginx \

--with-debug \

--with-http_ssl_module \

--with-http_realip_module \

--with-http_image_filter_module \

--with-http_gunzip_module \

--with-http_gzip_static_module \

--with-http_stub_status_module \

--http-log-path=/var/log/nginx/access.log \

--error-log-path=/var/log/nginx/error.log \

--add-module=/root/echo-nginx-module-master # 新增模块路径

# 编译（仅 make，不执行 make install，避免覆盖旧程序）

make
3. 替换旧程序并平滑重启
复制代码 
# 1. 备份旧 Nginx 程序（防止升级失败回滚）

cp /usr/local/nginx/sbin/nginx /usr/local/nginx/sbin/nginx.old

# 2. 停止旧 Worker 进程（Master 进程保留）

kill -USR2 `cat /usr/local/nginx/logs/nginx.pid` # 启动新 Master 进程（使用新程序）

kill -WINCH `cat /usr/local/nginx/logs/nginx.pid.oldbin` # 优雅停止旧 Worker 进程

# 3. 验证新程序（查看模块是否添加成功）

nginx -V # 输出中应包含 --add-module=/root/echo-nginx-module-master

# 4. 测试新模块（修改 Nginx 配置）

vim /usr/local/nginx/conf/nginx.conf

server {

listen 80;

server_name localhost;

location / {

echo "hello"; # 使用 echo 模块输出内容

}

}

# 5. 重载配置并测试

nginx -s reload

curl http://192.168.100.10 # 输出 "hello"，说明模块生效
4. 回滚方案（若升级失败）
复制代码 
# 1. 启动旧 Worker 进程

kill -HUP `cat /usr/local/nginx/logs/nginx.pid.oldbin`

# 2. 停止新 Master 进程

kill -QUIT `cat /usr/local/nginx/logs/nginx.pid`

# 3. 恢复旧程序

mv /usr/local/nginx/sbin/nginx.old /usr/local/nginx/sbin/nginx

# 4. 重启 Nginx

nginx

九、总结

Nginx 凭借 高性能、高稳定性、低资源消耗 的优势，成为当前 Web 服务领域的主流选择。本文从 Nginx 的核心特性、工作原理、配置文件、部署实战到平滑升级，全面覆盖了 Nginx 的关键知识点：

  1. 功能定位：Web 服务器、反向代理、负载均衡是 Nginx 的核心应用场景；
  2. 配置核心：理解 main-events-http-server-location 的层级结构，掌握 location 修饰符优先级与 FastCGI 配置；
  3. 实战重点：分布式 LNMP 架构需关注跨服务器通信（如 Nginx 转发 PHP 请求、PHP 连接 MySQL），平滑升级需保留原有编译参数，避免服务中断；
  4. 优化方向：根据服务器 CPU 核心数调整 worker_processes，开启 accept_mutex 解决惊群问题，通过 gzip 与 keepalive 优化性能。

掌握这些内容后，可基于 Nginx 搭建高可用、高性能的 Web 服务，满足中小型乃至大型站点的需求。

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