《从 0 到 1：Nginx 入门、网络 I/O 模型与源码编译安装全指南》(1)

什么是Nginx？

Nginx官网：http://nginx.org

Nginx的功能

通过对nginx的功能进行介绍来介绍什么是nginx

1. Web 服务器（静态资源服务）

Nginx 最基础、最常用的功能。

• 直接部署 HTML、CSS、JS、图片、视频等静态资源
• 处理静态请求速度极快，远超传统服务器
• 支持目录浏览、压缩、断点续传等

作用：做官网、博客、前端项目的直接入口。

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2. 反向代理

这是 Nginx 最核心的能力之一。

• 统一接收用户请求，转发给后端服务（Java、PHP、Python、Go 等）
• 对用户隐藏后端真实地址，更安全
• 统一入口，方便管理、扩容、维护

作用：前后端分离架构的 "大门"。

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3. 负载均衡

当业务量大、后端有多台服务器时：

• Nginx 把流量均匀分发到多台后端
• 支持多种策略：轮询、加权轮询、IP 哈希、最少连接等
• 某台挂了自动剔除，保证服务高可用

作用：扛高并发、防单点故障。

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4. 动静分离

把请求分成两类处理：

• 静态资源：直接由 Nginx 返回
• 动态接口：转发给后端应用

作用：提升整体速度，减轻后端压力。

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5. HTTPS / SSL 配置

• 一键配置证书，实现 https 访问
• 支持 HTTP/2、HTTP/3 加速
• 支持证书自动续期、安全优化

作用：网站加密、更安全、SEO 更友好。

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6. 缓存加速

• 对后端接口、页面做本地缓存
• 减少重复请求，大幅提升响应速度
• 可自定义缓存时间、缓存规则

作用：高并发场景下的 "提速神器"。

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7. 限流、防盗链、安全控制

• 限制单位时间内的请求数（防刷、防攻击）
• 限制并发连接
• 防盗链、黑白名单、跨域配置
• 屏蔽恶意 IP、过滤异常请求

作用：保护服务器，提升稳定性与安全性。

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8. 灰度发布 / 流量切分

• 按比例把流量分到不同版本服务
• 不中断服务，平滑升级、回滚
• 适合线上无感知更新

作用：现代微服务、持续部署必备。

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9. 高可用与热部署

• 支持 master-worker 多进程模型
• 配置文件热加载，不中断业务
• 配合 Keepalived 实现双机高可用

作用：保证服务 7×24 小时稳定运行。

Nginx的进程与架构

Nginx的高并发不仅得益于他的进程架构还有每个woker进程采用的I/O模型epoll实现单个子进程处理高并发请求。

Nginx是多进程组织模型，而且是一个由Master主进程和Worker工作进程组成。

主进程(master process)的功能：

• 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

工作进程（worker process）的功能：

• 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模块介绍

nginx 有多种模块

• 核心模块：是 Nginx 服务器正常运行必不可少的模块，提供错误日志记录 、配置文件解析 、事件 驱动机制 、进程管理等核心功能
• 标准HTTP模块：提供 HTTP 协议解析相关的功能，比如： 端口配置 、 网页编码设置 、 HTTP响应头设置 等等
• 可选HTTP模块：主要用于扩展标准的 HTTP 功能，让 Nginx 能处理一些特殊的服务，比如： Flash 多媒体传输 、解析 GeoIP 请求、 网络传输压缩 、 安全协议 SSL 支持等
• 邮件服务模块：主要用于支持 Nginx 的 邮件服务 ，包括对 POP3 协议、 IMAP 协议和 SMTP协议的支持
• Stream服务模块: 实现反向代理功能,包括TCP协议代理
• 第三方模块：是为了扩展 Nginx 服务器应用，完成开发者自定义功能，比如： Json 支持、 Lua 支持等

网络I/O模型

在了解模型之前先了解网络I/O的处理过程

网络I/O 处理过程

• 获取请求数据，客户端与服务器建立连接发出请求，服务器接受请求（1-3）
• 构建响应，当服务器接收完请求，并在用户空间处理客户端的请求，直到构建响应完成（4）
• 返回数据，服务器将已构建好的响应再通过内核空间的网络 I/O 发还给客户端（5-7）

不论磁盘和网络I/O

I/O 统一分为两个阶段：

阶段 1：等待数据就绪（内核等待网络包）

阶段 2：数据从内核 → 用户空间（拷贝）

一次网络 I/O，本质分两步：数据从网络到内核（等待就绪）、数据从内核到用户进程（拷贝）。不同 I/O 模型，只是这两步的等待 / 通知方式不同。

同步与异步

同步/异步：关注的是消息通信机制，即调用者在等待一件事情的处理结果时，被调用者是否提供完成状 态的通知。

• 同步：synchronous，被调用者并不提供事件的处理结果相关的通知消息，需要调用者主动询问事 情是否处理完成
• 异步：asynchronous，被调用者通过状态、通知或回调机制主动通知调用者被调用者的运行状态

阻塞与非阻塞

阻塞/非阻塞：关注调用者在等待结果返回之前所处的状态

• 阻塞：blocking，指IO操作需要彻底完成后才返回到用户空间，调用结果返回之前，调用者被挂 起，干不了别的事情。
• 非阻塞：nonblocking，指IO操作被调用后立即返回给用户一个状态值，而无需等到IO操作彻底完 成，在最终的调用结果返回之前，调用者不会被挂起，可以去做别的事情。

网络I/O模型有五种，五种都是基于阻塞/非阻塞与同步/异步实现；

阻塞型、非阻塞型、复用型、信号驱动型、异步；

阻塞 I/O（Blocking I/O）

原理

调用 read/recv 后进程挂起，等内核数据就绪 + 拷贝完成才返回，全程阻塞。

大白话解读

"一件事没干完，啥也不干就死等"。进程发起 I/O 请求后，就暂停干活，直到数据准备好、拷贝完，才继续执行。

生活情景（点餐）

你去奶茶店点单，下单后站在柜台前一动不动，既不玩手机也不逛店，就等店员做好奶茶、递给你，全程盯着，啥别的事都不干。

优点

• 编程最简单，写代码不用考虑 "等不等" 的问题
• 系统开销小，不用频繁切换任务

缺点

• 效率极低，单线程只能处理一个请求（比如一个店员只能服务一个死等的顾客）
• 并发差，想服务多人就得雇很多店员（多进程 / 多线程），成本高

典型软件

早期 telnet、简单 echo 服务器、新手写的小脚本

非阻塞 I/O（Non-blocking I/O）

原理

socket 设 O_NONBLOCK，调用 read 时数据未就绪就立刻返回 "没好"，进程需反复问（轮询）。

大白话解读

"不等，但会反复问"。进程发起 I/O 后，内核说 "没好" 就立刻走，过一会儿又回来问 "好了没？"，循环往复，直到数据就绪才拷贝。

生活情景（取快递）

你想拿快递，到驿站门口问 "我的快递到了吗？"，驿站说 "没到"，你不傻等，转头去旁边便利店买水，2 分钟后又回来问，5 分钟后再问...... 直到问到 "到了"，才拿快递。

优点

• 不会卡在一个 I/O 上，单线程能兼顾多个请求
• 不用一直挂起，能抽空做别的事

缺点

• 反复 "问"（轮询）特别耗精力（CPU），空转严重
• 高并发时越问越慢，纯属 "瞎忙活"

典型软件

极少直接用，仅作为 I/O 多路复用的基础、简单实时小工具

I/O 多路复用（I/O Multiplexing）

原理

用 select/poll/epoll 阻塞等待多个 fd 就绪，内核通知 "哪些好了"，再逐个处理拷贝。

特性	select	poll	epoll
最大连接数	有限（默认 1024）	无上限	无上限
遍历方式	全量遍历 O (n)	全量遍历 O (n)	回调就绪 O (1)
用户态→内核态拷贝	每次都全量拷贝	每次都全量拷贝	仅注册时拷贝，mmap 共享
触发模式	仅水平触发 LT	仅水平触发 LT	LT + ET（边缘触发）
性能（高并发）	差	差	极高
跨平台	最好（全平台）	较好（类 Unix）	Linux 专用
典型使用	老旧程序、简单场景	几乎不用	Nginx/Redis/ 高并发服务器标配

大白话解读

"找个专人盯着所有事，谁好就处理谁"。进程不直接问每个 I/O，而是交给 "监工"（epoll/select），监工盯着所有请求，哪个数据就绪了，就告诉进程 "这个好了，快去处理"，进程只处理就绪的，其余继续让监工盯着。

生活情景（餐厅点餐）

餐厅老板（进程）不亲自盯每桌客人，雇了个大堂经理（epoll）。经理盯着所有桌：

1. A 桌喊 "要下单"（数据就绪），经理立刻告诉老板；
2. 老板去给 A 桌下单（拷贝数据），同时经理继续盯 B/C/D 桌；
3. B 桌喊 "要结账"，经理再通知老板，全程老板只处理 "有需求" 的桌。

优点

• 单线程能管上千上万个请求（解决 C10K 问题）
• 不用反复轮询，CPU 开销极低
• Linux 下 epoll 是高性能网络的 "标配"

缺点

• 编程比阻塞 I/O 复杂一点
• 仍是同步 I/O：拷贝数据时还是会短暂阻塞（但已经很快了）

典型软件

Nginx、Redis、Memcached、HAProxy、Go 网络底层、Java Netty

信号驱动 I/O（Signal-Driven I/O）

原理

进程注册信号处理函数，数据就绪时内核发 SIGIO 信号通知，进程再去拷贝数据。

大白话解读

"留个联系方式，好了叫我"。进程发起 I/O 后，告诉内核 "数据好了给我发个短信（信号）"，然后去干别的；内核数据就绪后，发信号通知进程，进程收到信号再去拷贝数据。

生活情景（取外卖）

你点了外卖，告诉骑手 "送到楼下给我打个电话（信号）"，然后你在家追剧（干别的）；骑手到楼下打电话，你接完电话，下楼取外卖（拷贝数据）。

优点

• 不用等、不用反复问，CPU 利用率高
• 单线程能处理多个请求

缺点

• "短信（信号）" 可能丢、可能乱序（比如同时收到 10 个信号，分不清先后）
• 高并发时容易出问题，调试难
• 不如 epoll 稳定好用
• 且在处理其他事(追剧)，如果信号(短信)到了会中断手头的事(追加)

典型软件

极少用于生产环境，仅简单嵌入式、小众实时场景

异步 I/O（Asynchronous I/O，AIO）

原理

调用 aio_read 后立刻返回，内核全程包办 "等数据 + 拷贝数据"，完成后通知进程。

大白话解读

"全包给别人，完事通知我"。进程发起 I/O 后，啥都不管了，内核自己等数据、自己把数据拷贝到进程内存里，全部搞定后，告诉进程 "活干完了，你用数据吧"，全程进程不阻塞、不干活。

生活情景（寄快递）

你要寄快递，叫了顺丰的 "上门取件 + 打包 + 发货" 全包服务：

1. 你打个电话（发起 I/O），挂了就去上班（干别的）；
2. 快递员自己上门取件、打包、送到快递站（内核等数据 + 拷贝数据）；
3. 顺丰 App 给你发消息 "快递已发出"（内核通知），你只用看结果就行，全程没管过快递的事。

优点

• 全程不阻塞，I/O 和计算完全不冲突，效率理论最高
• 真正的 "异步"，并发能力拉满

缺点

• 编程模型复杂，写代码、调试都难
• Linux 原生 AIO 生态不如 epoll 成熟
• 网络场景用得少，主要用于磁盘 I/O

典型软件

MySQL InnoDB 异步磁盘 I/O、高性能文件存储系统、Windows IOCP（等价思想）

五种IO对比

模型	等待就绪	数据拷贝	同步 / 异步	单线程并发能力	CPU 开销	特点
阻塞 I/O	阻塞	阻塞	同步	极低	低	全程阻塞
非阻塞 I/O	立即返回（需轮询）	阻塞	同步	中	极高	轮询耗 CPU
I/O 多路复用	阻塞在多路函数	阻塞	同步	极高（epoll）	低	高并发首选
信号驱动 I/O	不阻塞，信号通知	阻塞	同步	高	低	信号易出问题
异步 I/O（AIO）	不阻塞	不阻塞（内核完成）	异步	极高	最低	全程不阻塞、最省心

Nginx源码编译安装

Nginx安装可以使用dnf或源码安装，但是推荐使用源码编译安装

• dnf的版本比较旧
• 编译安装可以更方便自定义相关路径
• 使用源码编译可以自定义相关功能，更方便业务的上的使用

1.下载源码软件

[root@nginx ~]# wget https://nginx.org/download/nginx-1.28.1.tar.gz

2.解压

[root@nginx ~]# tar zxf nginx-1.28.1.tar.gz
[root@nginx ~]# cd nginx-1.28.1/
[root@nginx nginx-1.28.1]# ls
auto     CHANGES.ru          conf       contrib          html     man        SECURITY.md
CHANGES  CODE_OF_CONDUCT.md  configure  CONTRIBUTING.md  LICENSE  README.md  src

3.检测环境生成Makefile

pcre-devel		#正则表达式开发库
openssl-devel	#ssl开发库  
zlib-devel		#数据压缩库
#在编译过程会报出缺少依赖，根据提示安装需要的依赖
[root@nginx ~]# dnf install gcc pcre-devel zlib-devel openssl-devel -y

#选择要添加使用的模块
[root@nginx nginx-1.28.1]# ./configure --prefix=/usr/local/nginx \
> --user=nginx \
> --group=nginx \
> --with-http_ssl_module \
> --with-http_v2_module \
> --with-http_realip_module \
> --with-http_stub_status_module \
> --with-http_gzip_static_module \
> --with-pcre \
> --with-stream \
> --with-stream_ssl_module \
> --with-stream_realip_module

4.编译

• make 编译源码，生成目标文件在源码编译目录内
• make install 复制文件到系统目录，完成安装

[root@nginx nginx-1.28.1]# make
[root@nginx nginx-1.28.1]# make install

补充

在编译安装前把debug下面那行注释了可以使编译出来的nginx更小

[root@nginx nginx-1.28.1]# vim auto/cc/gcc

#编译完成后查看大小，原来5.5M左右
[root@nginx objs]# du -sh nginx
1.3M    nginx

5.启动nginx

创建运行用户

[root@nginx]# useradd  -s /sbin/nologin -M nginx

设定环境变量

[root@nginx sbin]# vim  ~/.bash_profile
export PATH=$PATH:/usr/local/nginx/sbin

[root@nginx sbin]# source   ~/.bash_profile

启动并测试

[root@nginx ~]# nginx
[root@nginx ~]# ps aux | grep nginx
root        9908  0.0  0.0  11148  2072 ?        Ss   13:42   0:00 nginx: master process ./nginx
nginx       9909  0.0  0.1  15424  5400 ?        S    13:42   0:00 nginx: worker process
root        9996  0.0  0.0   6636  2176 pts/0    S+   14:37   0:00 grep --color=auto nginx

[root@nginx ~]# echo fjwyyy > /usr/local/nginx/html/index.html
[root@nginx ~]# curl 172.25.254.100
fjwyyy