Nginx 高性能Web服务器笔记

笔记说明：本文档旨在系统性地梳理Nginx的核心架构、I/O模型、安装配置方法，并提供从基础站点搭建到高级负载均衡、HTTPS配置及PHP整合的全流程实验，作为学习和配置Nginx的参考手册。

第一部分：核心概念与架构

1.1 Web服务基础与I/O模型

Apache三种工作模型对比
- prefork：多进程单线程，稳定性高，但并发弱（使用select模型，最大连接数1024）。
- worker：多进程多线程，内存占用少，并发中等。
- event：事件驱动（基于epoll），高并发优秀，解决了keepalive长连接中线程的浪费问题。
I/O模型核心 ：Nginx基于多路复用I/O（epoll），能够单线程监控海量连接，通过事件回调进行处理，效率极高。

特性 select poll epoll

操作方式 线性遍历线性遍历 事件回调

效率 O(n) O(n) O(1)

最大连接数 1024/2048 无上限无上限
零拷贝（Zero-Copy） ：Nginx默认启用 SENDFILE。它使数据直接在内核缓冲区与socket缓冲区之间传输，全程不经过用户态，能大幅提升静态文件的传输性能。

特性	select	poll	epoll
操作方式	线性遍历	线性遍历	事件回调
效率	O(n)	O(n)	O(1)
最大连接数	1024/2048	无上限	无上限

1.2 Nginx架构

进程模型 ：采用经典的 Master-Worker 多进程模型。
- Master进程：负责读取配置、管理监控Worker进程。
- Worker进程：数量通常建议等于CPU核心数，它们平等地竞争连接并处理请求。
模块体系：高度模块化，支持动态装载。核心模块包括：
- 标准HTTP模块
- 可选HTTP模块（如SSL、Stream四层代理）
- 第三方模块

第二部分：基础环境与安装

2.1 源码编译安装

源码编译可以灵活定制所需模块，是生产环境中常用的安装方式。

bash

复制代码

# 1. 安装依赖
dnf install gcc openssl-devel pcre2-devel zlib-devel -y

# 2. 创建运行用户
useradd -s /sbin/nologin -M nginx

# 3. 配置编译参数（按需启用模块）
./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. 编译安装
make && make install

# 5. 配置环境变量（将Nginx的sbin目录加入PATH）
vim ~/.bash_profile
export PATH=$PATH:/usr/local/nginx/sbin
source ~/.bash_profile

--with-http_ssl_module：支持HTTPS。
--with-stream：启用四层负载均衡功能。

2.2 Systemd服务配置

为了方便管理，可以配置Systemd服务。

bash

复制代码

vim /lib/systemd/system/nginx.service

[Unit]
Description=The NGINX HTTP and reverse proxy server
After=syslog.target network-online.target remote-fs.target nss-lookup.target
Wants=network-online.target

[Service]
Type=forking
PIDFile=/usr/local/nginx/logs/nginx.pid
ExecStartPre=/usr/local/nginx/sbin/nginx -t  # 启动前测试配置
ExecStart=/usr/local/nginx/sbin/nginx
ExecReload=/usr/local/nginx/sbin/nginx -s reload
ExecStop=/bin/kill -s QUIT $MAINPID
PrivateTmp=true

[Install]
WantedBy=multi-user.target

systemctl daemon-reload && systemctl enable --now nginx

2.3 核心优化参数

在配置文件的全局块和events块中进行优化：

nginx

复制代码

worker_processes auto;          # 自动适配CPU核心数
worker_cpu_affinity auto;       # 自动绑定CPU核心，提高缓存效率

events {
    worker_connections 10000;   # 单个worker进程的最大连接数
    use epoll;                  # 强制使用epoll事件模型（Linux高性能）
    accept_mutex on;            # 连接互斥锁，避免惊群效应
    multi_accept on;            # worker一次可接受多个新连接
}

第三部分：基础功能实验

3.1 PC站点构建：`root`与`alias`区别

这两个指令都用于指定文件路径，但处理方式不同。

root ：将完整的URI附加在root指定的路径之后。
- 访问 /lee/ 实际查找 /webdir/timinglee.org/lee/html/lee/。
alias ：用alias指定的路径替换掉location匹配的URI部分。
- 访问 /passwd 返回 /etc/passwd 文件。
- 注意：alias末尾的/需要与匹配的URI配合好。

3.2 Location匹配规则

匹配优先级非常重要，决定了请求由哪个location块处理。

nginx

复制代码

# 优先级从高到低：
location = /null { ... }          # 1. 精确匹配（=），完全匹配/nul
location ^~ /img/ { ... }          # 2. 前缀匹配（^~），匹配后不再检查正则
location ~ \.php$ { ... }          # 3. 正则匹配（~区分大小写），匹配.php结尾
location ~* \.(jpg|png)$ { ... }   # 4. 正则匹配（~*不区分大小写）
location / { ... }                 # 5. 通用前缀匹配（最低优先级）

3.3 用户认证

bash

复制代码

# 创建密码文件（需要安装httpd-tools）
htpasswd -cmb /usr/local/nginx/conf/.htpasswd admin lee

nginx

复制代码

location /admin {
    auth_basic "login passwd";           # 弹窗提示信息
    auth_basic_user_file "/usr/local/nginx/conf/.htpasswd";
}

3.4 自定义错误页面

优雅地处理错误，提升用户体验。

nginx

复制代码

error_page 404 405 503 502 /error;       # 捕获错误码，重定向到内部location
location /error {
    alias /usr/local/nginx/errorpage/errormessage; # 返回自定义提示文件
}

第四部分：进阶功能实验

4.1 下载服务器与限速

nginx

复制代码

location /download {
    root /usr/local/nginx;
    autoindex on;                 # 开启目录列表
    limit_rate 1024k;              # 限制下载速度为1MB/s
    autoindex_exact_size off;       # 显示友好文件大小（KB/MB）
    autoindex_localtime on;         # 显示服务器本地时间
}

4.2 文件检测（`try_files`）

按顺序检查文件是否存在，常用作前端路由（如React/Vue应用）的 fallback。

nginx

复制代码

root /usr/local/nginx/errorpage;
# 依次尝试访问请求的文件、加.html后缀、加/index.html、最后返回default.html
try_files $uri $uri.html $uri/index.html /default.html;

4.3 状态页（`stub_status`）

监控Nginx的运行状态，常与认证和访问控制结合使用。

nginx

复制代码

location /nginx_status {
    stub_status;                     # 启用状态页
    auth_basic "login";              # 开启认证
    auth_basic_user_file /usr/local/nginx/conf/.htpasswd;
    allow 172.25.254.0/24;           # 允许内网访问
    deny all;                         # 拒绝其他所有
}

4.4 Gzip压缩

压缩静态文本文件，显著减少传输体积。

nginx

复制代码

gzip on;
gzip_comp_level 4;                  # 压缩级别（1-9，越高越耗CPU）
gzip_min_length 1024k;               # 大于1024k才压缩，小文件不压缩
gzip_types text/plain text/css application/javascript;
gzip_static on;                      # 优先使用预编译的.gz文件（需提前生成）

4.5 Nginx变量

Nginx拥有丰富的内置变量，也可自定义变量（需安装echo-nginx-module模块）。

nginx

复制代码

location /vars {
    echo $remote_addr;               # 客户端IP
    echo $request_method;             # 请求方法
    set $test "hello";                # 自定义变量
    echo $test;
}

第五部分：高级功能实验

5.1 网页重写（`rewrite`）

rewrite是Nginx的核心功能之一，用于URL重定向和重写。

break vs last：
- break ：在当前location中停止后续的rewrite规则。
- last ：停止当前location，并重新用新的URI进行location匹配。

重定向：

nginx

复制代码

rewrite / http://www.baidu.com redirect;   # 302临时重定向
rewrite / http://www.baidu.com permanent;  # 301永久重定向

5.2 全站HTTPS配置

启用HTTPS并强制跳转。

nginx

复制代码

# 生成自签名证书
openssl req -newkey rsa:2048 -nodes -sha256 -keyout /usr/local/nginx/certs/key -x509 -days 365 -out /usr/local/nginx/certs/crt

server {
    listen 80;
    server_name lee.timinglee.org;
    if ($scheme = http) {          # 判断如果是HTTP
        rewrite / https://$host permanent;   # 永久重定向到HTTPS
    }
}
server {
    listen 443 ssl;
    server_name lee.timinglee.org;
    ssl_certificate /usr/local/nginx/certs/timinglee.org.crt;
    ssl_certificate_key /usr/local/nginx/certs/timinglee.org.key;
}

5.3 防盗链

防止其他网站直接引用本站资源。

nginx

复制代码

location /img {
    # 定义合法的referer：空、无、本域名、*.baidu.com
    valid_referers none blocked server_names *.baidu.com;
    if ($invalid_referer) {        # 如果referer不合法
        rewrite ^/img/(.*)$ /img/daolian.jpg break; # 返回一张防盗链图片
    }
}

5.4 反向代理与负载均衡

这是Nginx最强大的用途之一。

基础反向代理

nginx

复制代码

location / {
    proxy_pass http://172.25.254.10:80;          # 后端服务器地址
    proxy_set_header X-Forwarded-For $remote_addr; # 传递客户端真实IP
    proxy_hide_header ETag;                       # 隐藏后端ETag
    proxy_pass_header Server;                      # 透传后端Server头
}

负载均衡

nginx

复制代码

upstream webserver {
    # server <地址> [参数]
    server 172.25.254.10:80 weight=1 max_fails=3 fail_timeout=15s;
    server 172.25.254.20:80 weight=2;            # 权重越高，分配越多
    server 172.25.254.100:8888 backup;            # 标记为备用节点
}

server {
    listen 80;
    location / {
        proxy_pass http://webserver;               # 引用upstream组
    }
}

负载均衡算法
- weight：加权轮询（默认）。
- ip_hash：根据客户端IP进行哈希，实现会话保持。
- least_conn：转发给当前活动连接数最少的服务器。
- hash $request_uri consistent：对URI进行一致性哈希，用于缓存服务器。

第六部分：PHP整合与扩展实验

6.1 Nginx整合PHP-FPM

Nginx本身不处理PHP，需要通过FastCGI协议将PHP请求转发给PHP-FPM解析。

nginx

复制代码

server {
    listen 80;
    server_name php.timinglee.org;
    root /webdir/timinglee.org/php/html;          # 设置网站根目录

    location ~ \.php$ {
        fastcgi_pass 127.0.0.1:9000;               # PHP-FPM监听地址
        fastcgi_index index.php;
        include fastcgi.conf;                       # 包含fastcgi环境变量
    }
}

PHP-FPM的编译和配置请参考原文6.1节，核心是确保listen地址与Nginx中的fastcgi_pass一致。

总结

Nginx以其高性能 、高并发 和丰富的功能 （反向代理、负载均衡、HTTP缓存、Web服务器）成为现代Web架构的核心组件。理解其Master-Worker进程模型 、epoll I/O模型 以及请求处理的各阶段 （location匹配、rewrite、try_files）是灵活配置的基础。

Nginx 高性能Web服务器笔记

第一部分：核心概念与架构

1.1 Web服务基础与I/O模型

1.2 Nginx架构

第二部分：基础环境与安装

2.1 源码编译安装

2.2 Systemd服务配置

2.3 核心优化参数

第三部分：基础功能实验

3.1 PC站点构建：root与alias区别

3.2 Location匹配规则

3.3 用户认证

3.4 自定义错误页面

第四部分：进阶功能实验

4.1 下载服务器与限速

4.2 文件检测（try_files）

4.3 状态页（stub_status）

4.4 Gzip压缩

4.5 Nginx变量

第五部分：高级功能实验

5.1 网页重写（rewrite）

5.2 全站HTTPS配置

5.3 防盗链

5.4 反向代理与负载均衡

第六部分：PHP整合与扩展实验

6.1 Nginx整合PHP-FPM

总结

3.1 PC站点构建：`root`与`alias`区别

4.2 文件检测（`try_files`）

4.3 状态页（`stub_status`）

5.1 网页重写（`rewrite`）