【NGINX 介绍与安装】

文章目录

前言
[一、NGINX 是什么？](#一、NGINX 是什么？)
[二、为什么选择 NGINX？](#二、为什么选择 NGINX？)
[三、安装 NGINX](#三、安装 NGINX)
- [1. 使用包管理器安装](#1. 使用包管理器安装)
- [2. 从源码编译安装](#2. 从源码编译安装)
[四、NGINX 基本配置与工作原理](#四、NGINX 基本配置与工作原理)
- [1. 主要配置文件结构](#1. 主要配置文件结构)
- [2. 核心指令块](#2. 核心指令块)
- [3. 工作进程与事件模型](#3. 工作进程与事件模型)
五、反向代理
- [1. 基本反向代理示例](#1. 基本反向代理示例)
- [2. 路径转发与重写](#2. 路径转发与重写)
六、负载均衡
- [1. 轮询（默认）](#1. 轮询（默认）)
- [2. 最少连接（least_conn）](#2. 最少连接（least_conn）)
- [3. IP 哈希（ip_hash）](#3. IP 哈希（ip_hash）)
- [4. 权重（weight）](#4. 权重（weight）)
- [5. 健康检查](#5. 健康检查)
七、缓存与加速
- [1. 反向代理缓存](#1. 反向代理缓存)
- [2. 静态文件缓存](#2. 静态文件缓存)
- [3. Gzip 压缩](#3. Gzip 压缩)
八、SSL/TLS
- [1. 基本 SSL 配置](#1. 基本 SSL 配置)
- [2. 安全头部](#2. 安全头部)
- [3. 限流与防护](#3. 限流与防护)
九、日志与监控
- [1. 日志配置](#1. 日志配置)
- [2. 简易状态监控](#2. 简易状态监控)
[十、NGINX 高级特性](#十、NGINX 高级特性)
- [1. WebSocket 代理](#1. WebSocket 代理)
- [2. gRPC 代理](#2. gRPC 代理)
- [3. Lua 扩展（OpenResty / ngx_lua）](#3. Lua 扩展（OpenResty / ngx_lua）)
- [4. 动态模块](#4. 动态模块)
- [5. HTTP/2 与 HTTP/3 支持](#5. HTTP/2 与 HTTP/3 支持)
- [6. 反向代理上传大文件](#6. 反向代理上传大文件)

前言

NGINX 因其高并发、低内存消耗和丰富功能，已成为 Web 服务器、反向代理和负载均衡器中的佼佼者。

一、NGINX 是什么？

NGINX（Engine X）是一款高性能、高并发、开源的 HTTP 服务器，同时也可用作反向代理、负载均衡、邮件代理（IMAP/POP3）等。由 Igor Sysoev 于 2004 年开发，旨在解决 C10k（处理上万个并发连接）问题。

事件驱动架构：采用异步非阻塞的事件驱动模型，在高并发场景下表现优异，内存消耗相对较低。
模块化设计：核心功能加上多种可选模块，用户可以编译所需模块，或使用动态模块。
广泛应用：很多大型网站（如 Netflix、Airbnb、GitHub、腾讯、阿里等）都在使用 NGINX 作为前端网关或负载均衡器。

当客户端发来大量并发请求时，NGINX 的事件模型可以高效地调度网络 I/O，避免线程/进程过多导致的上下文切换开销。

二、为什么选择 NGINX？

高并发处理能力：事件驱动使其能处理数万并发连接，资源利用效率高。
低内存消耗：相比传统进程/线程模型，内存使用更可控。
灵活的反向代理和负载均衡功能：支持多种负载均衡算法（轮询、IP 哈希、最少连接等）及健康检查。
丰富的缓存支持：可做静态资源缓存、反向代理缓存，提升响应速度并减轻后端压力。
易于扩展：通过第三方模块（如 Lua、Image Filter、GeoIP2 等）满足不同需求。
稳定成熟：社区活跃，文档丰富，生态完善。

三、安装 NGINX

1. 使用包管理器安装

以 Ubuntu/Debian 为例：

bash 复制代码

sudo apt update
sudo apt install -y nginx

安装后，服务通常自动启动。使用以下命令检查状态：

bash 复制代码

sudo systemctl status nginx

在 CentOS/RHEL：

bash 复制代码

sudo yum install -y epel-release
sudo yum install -y nginx
sudo systemctl enable --now nginx

2. 从源码编译安装

bash 复制代码

# 安装依赖
sudo apt update
sudo apt install -y build-essential libpcre3 libpcre3-dev zlib1g zlib1g-dev libssl-dev

# 下载 NGINX 源码（以 1.24.0 为例）
wget http://nginx.org/download/nginx-1.24.0.tar.gz
tar zxvf nginx-1.24.0.tar.gz
cd nginx-1.24.0

# 配置编译选项（可根据需求添加模块或路径）
./configure \
  --prefix=/usr/local/nginx \
  --with-http_ssl_module \
  --with-http_v2_module \
  --with-stream \
  --with-stream_ssl_module \
  --with-http_gzip_static_module

# 编译并安装
make
sudo make install

# 启动
sudo /usr/local/nginx/sbin/nginx

四、NGINX 基本配置与工作原理

1. 主要配置文件结构

主配置文件：nginx.conf，通常位于 /etc/nginx/nginx.conf 或 /usr/local/nginx/conf/nginx.conf。
其他配置：常将虚拟主机配置放在 conf.d/ 或 sites-available/、sites-enabled/ 目录中。
日志文件：access_log、error_log 设置在配置文件内。

2. 核心指令块

events {}：设置事件模型，如 worker_connections。
http {}：HTTP 功能及模块配置，包括 server{}、upstream{}、proxy_*、gzip 等。
stream {}：TCP/UDP 流量代理，用于非 HTTP 协议负载均衡（如数据库、MQ 代理）。
mail {}：邮件代理配置（IMAP/POP3/SMTP）。

3. 工作进程与事件模型

worker_processes: 通常设置为 CPU 核心数或 auto。
worker_connections: 每个 worker 可处理的并发连接数。
异步事件驱动：使用 epoll/kqueue 等高效 I/O 多路复用。

五、反向代理

NGINX 常用作反向代理，将请求转发到后端应用服务器。

1. 基本反向代理示例

nginx 复制代码

http {
    upstream backend {
        server 127.0.0.1:8080;
        server 127.0.0.1:8081;
    }

    server {
        listen 80;
        server_name example.com;

        location / {
            proxy_pass http://backend;
            proxy_set_header Host $host;
            proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
            proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
            proxy_connect_timeout 5s;
            proxy_read_timeout 30s;
        }
    }
}

upstream 定义后端服务器组。
proxy_pass 转发请求。
设置请求头确保后端可获知原始请求信息。

2. 路径转发与重写

location /api/ { proxy_pass http://backend/api/; }

使用 rewrite 做 URL 重写：

nginx 复制代码

location /old/ {
    rewrite ^/old/(.*)$ /new/$1 permanent;
}

六、负载均衡

1. 轮询（默认）

nginx 复制代码

upstream backend {
    server 192.168.0.101;
    server 192.168.0.102;
    server 192.168.0.103;
}

请求按顺序分配，简单易用。

2. 最少连接（least_conn）

nginx 复制代码

upstream backend {
    least_conn;
    server 192.168.0.101;
    server 192.168.0.102;
}

将请求发给当前活动连接数最少的后端，适合请求时间差异大的场景。

3. IP 哈希（ip_hash）

nginx 复制代码

upstream backend {
    ip_hash;
    server 192.168.0.101;
    server 192.168.0.102;
}

根据客户端 IP 分配后端，保证同一客户端请求分配到同一后端，有助于会话粘性。

4. 权重（weight）

nginx 复制代码

upstream backend {
    server 192.168.0.101 weight=3;
    server 192.168.0.102 weight=1;
}

对后端分配比例进行控制，资源更强的服务器可配置更高权重。

5. 健康检查

NGINX 开源版需借助第三方模块（如 nginx-upstream-check-module）；NGINX Plus 原生支持健康检查。

或通过配置 proxy_next_upstream、超时等，简单应对后端异常：

nginx 复制代码

proxy_connect_timeout 2s;
proxy_read_timeout 5s;
proxy_next_upstream error timeout invalid_header http_502 http_503 http_504;

七、缓存与加速

1. 反向代理缓存

nginx 复制代码

http {
    proxy_cache_path /var/cache/nginx levels=1:2 keys_zone=my_cache:10m max_size=1g inactive=60m use_temp_path=off;

    server {
        listen 80;
        server_name example.com;

        location / {
            proxy_cache my_cache;
            proxy_cache_valid 200 302 10m;
            proxy_cache_valid 404 1m;
            proxy_cache_bypass $cookie_nocache $arg_nocache;
            add_header X-Cache-Status $upstream_cache_status;
            proxy_pass http://backend;
        }
    }
}

proxy_cache_path 配置缓存存储位置和大小。
proxy_cache_valid 设置不同响应码的缓存时长。
proxy_cache_bypass 控制绕过缓存。
在响应头中添加 X-Cache-Status 便于调试。

2. 静态文件缓存

对于静态资源，可利用 expires、add_header Cache-Control：

nginx 复制代码

location ~* \.(js|css|png|jpg|jpeg|gif|svg)$ {
    root /var/www/static;
    expires 7d;
    add_header Cache-Control "public";
}

3. Gzip 压缩

nginx 复制代码

http {
    gzip on;
    gzip_min_length 1024;
    gzip_types text/plain text/css application/json application/javascript text/xml application/xml application/xml+rss text/javascript;
}

通过压缩减少传输体积，加快加载。

八、SSL/TLS

1. 基本 SSL 配置

使用 Let's Encrypt 生成证书（示例工具 certbot），并在 NGINX 中配置：

nginx 复制代码

server {
    listen 80;
    server_name example.com;
    return 301 https://$host$request_uri;
}

server {
    listen 443 ssl http2;
    server_name example.com;

    ssl_certificate /etc/letsencrypt/live/example.com/fullchain.pem;
    ssl_certificate_key /etc/letsencrypt/live/example.com/privkey.pem;

    ssl_protocols TLSv1.2 TLSv1.3;
    ssl_ciphers HIGH:!aNULL:!MD5;
    ssl_prefer_server_ciphers on;

    location / {
        proxy_pass http://backend;
        ...
    }
}

强制 HTTP 跳转到 HTTPS。
开启 HTTP/2 提升多路复用性能。

2. 安全头部

nginx 复制代码

add_header X-Frame-Options "SAMEORIGIN" always;
add_header X-Content-Type-Options "nosniff" always;
add_header Referrer-Policy "no-referrer-when-downgrade" always;
add_header Content-Security-Policy "default-src 'self';" always;

帮助防止点击劫持、MIME 类型混淆等问题。

3. 限流与防护

限制连接数、请求速率：

nginx 复制代码

http {
    limit_conn_zone $binary_remote_addr zone=addr:10m;
    limit_req_zone $binary_remote_addr zone=req:10m rate=5r/s;

    server {
        ...
        location /login {
            limit_conn addr 1;
            limit_req zone=req burst=10 nodelay;
            proxy_pass http://backend;
        }
    }
}

防止恶意请求：可结合 fail2ban、WAF（如 ModSecurity、OpenResty+Lua 规则）等。

九、日志与监控

1. 日志配置

access_log：记录请求信息，可自定义格式：

nginx 复制代码

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;
error_log /var/log/nginx/error.log warn;

通过日志分析工具（如 GoAccess、ELK、Fluentd）进行流量趋势、错误率分析。

2. 简易状态监控

在配置中开启：

nginx 复制代码

server {
    listen 127.0.0.1:8081;
    server_name localhost;

    location /nginx_status {
        stub_status on;
        allow 127.0.0.1;
        deny all;
    }
}

访问 http://127.0.0.1:8081/nginx_status，得到活动连接、请求计数等信息。可配合 Prometheus 的 nginx-exporter 采集指标，或自定义脚本定期抓取。

十、NGINX 高级特性

1. WebSocket 代理

nginx 复制代码

location /ws/ {
    proxy_pass http://backend_ws;
    proxy_http_version 1.1;
    proxy_set_header Upgrade $http_upgrade;
    proxy_set_header Connection "Upgrade";
    proxy_set_header Host $host;
}

支持实时通信应用。

2. gRPC 代理

nginx 复制代码

http {
    upstream grpc_backend {
        server 127.0.0.1:50051;
    }

    server {
        listen 80 http2;
        location / {
            grpc_pass grpc://grpc_backend;
        }
    }
}

3. Lua 扩展（OpenResty / ngx_lua）

借助 Lua 脚本进行动态处理、ACL、灰度发布等：

nginx 复制代码

server {
    location /lua {
        content_by_lua_block {
            ngx.say("Hello from Lua!")
        }
    }
}

4. 动态模块

许多第三方模块可以按需编译成动态模块并通过 load_module 引入，如 ngx_brotli、ngx_pagespeed 等。

5. HTTP/2 与 HTTP/3 支持

HTTP/2 可提高多路复用效率；HTTP/3（QUIC）需在较新版 NGINX 或使用第三方 patch/模块支持。
在生产中，可根据客户端支持情况逐步部署 HTTP/2；HTTP/3 目前生态仍在发展，可视需求尝试。

6. 反向代理上传大文件

设置较大 client_max_body_size：

nginx 复制代码

http {
    client_max_body_size 100m;
}

并调整相关超时，确保上传稳定。