一、Nginx简介

Nginx是一款由俄罗斯开发的开源高性能HTTP服务器和反向代理服务器，同时支持IMAP/POP3/SMTP代理服务，其性能优势显著，官网上称：单台Nginx服务器可以处理50000并发；
特点：高性能，稳定，消耗硬件资源小、能够处理大并发，主要用于静态的解析，动静液面的分离；
优势

• 作为web代理服务器，Nginx处理静态文件、索引文件以及自动索引效率非常高
• 作为代理服务器，Nginx可以实现无缓存的反向代理加速，提高网站运行速度
• 作为负载均衡服务器，Nginx既可以在内部直接支持rails和PHP，也可以支持HTTP代理服务器，对外进行服务。同事支持简单的容错和利用算法进行负载均衡。

• 在性能反面：Nginx在实现上非常注重效率它采用内核Poll模型，可以支持更多的并发连接，最大可以支持50000个并发连接数的响应，而且占用很低的内存资源
• 在性能方面：Nginx采取分阶段资源分配技术，是的对CPU于内存的占用率非常低。Nginx官方便是Nginx保持10000个没有活动的连接，这些连接只占2.5M内存，因此类似DOS这样的攻击对Nginx基本上是没有任何作用的
• 在高可用方面：Nginx支持热部署，启动速度特别迅速，因此可以在不间断服务的情况下，对软件版本或者配置进行升级，即使运行数月也无需重新启动，几乎可以做到7*24小时的不间断运行

二、Nginx实现原理

• Nginx核心组件

  • 核心模块：HTTP模块、EVENT事件模块、MAIL模块
  • 基础模块：HTTP Access模块、HTTP FastCGI模块、HTTP Rewrite模块
  • 第三方模块：HTTP Upstream Request Hash模块、Notice模块、HTTP Access Key模块

• Nginx模块分类(基于功能)

  • Handlers：处理器模块，此类模块直接处理请求，并进行输出内容和修改headers信息等操作。Handlers处理器模块一般只能有一个。
  • Filters：过滤器模块，此类模块主要对其他处理器模块输出的内容进行修改操作，最后由Nginx输出。
  • Proxies：代理类模块，此类模块是Nginx的HTTP Upstream之类的模块，这些模块主要与后端一些服务比如FastCGI等进行交互，实现代理和负载均衡等功能。
    

• Nginx的进程模型：
  单工作进程模式：除主进程外，还有一个工作进程，工作进程是单线程的，默认为此模式；
  多工作进程模式：每个工作进程包含多个线程；
  

• master进程：

  • 接收外界传递给Nginx的信号，进而管理服务的状态等；
  • 管理worker进程，向各worker进程发送信号，监控worker进程的运行状态，当worker进程异常情况下退出后，会自动重新启动新的worker进程；
  • master进程充当整个进程组与用户的交互接口，同时对进程进行监护。它不需要处理网络事件，不负责业务的执行，只会通过管理worker进程来实现重启服务、平滑升级、更换日志文件、配置文件实时生效等功能。

• worker进程：
  处理基本的网络事件，多个worker进程之间是对等的，他们同等竞争来自客户端的请求，各进程互相之间是独立的。一个请求，只可能在一个worker进程中处理，一个worker进程，不可能处理其它进程的请求。worker进程的个数是可以设置的，一般我们会设置与机器cpu核心数一致；

  Nginx实现原理：http://blog.csdn.net/hguisu/article/details/8930668

三、Nginx支持高并发的原因

• I/O模型之select

  • 每个连接对应一个描述。select模型受限于 FD_SETSIZE（即进程最大打开的描述符数），linux2.6.35为1024,实际上linux每个进程所能打开描数字的个数仅受限于内存大小，然而在设计select的系统调用时，却是参考FD_SETSIZE的值。可通过重新编译内核更改此值，但不能根治此问题，对于百万级的用户连接请求即便增加相应进程数，仍显得杯水车薪；
  • select每次请求都会扫描一个文件描述符的集合，这个集合的大小是作为select第一个参数传入的值。但是每个进程所能打开文件描述符若是增加了，扫描的效率也将减小；
  • 内核到用户空间，采用内存复制方式传递信息，这样就增加了不必要的复制延迟；

• I/O模型之epoll模型

  • 请求无文件描述字大小限制，仅与内存大小相关；

  • epoll返回时已经明确的知道哪个socket fd发生了什么事件，不用像select那样再一个个比对；

  • 内核到用户空间，采用共享内存方式传递消息，使用mmap加速内核与用户空间的消息传递；

  • apache：Apache 2.2.9之前只支持select模型，2.2.9之后支持epoll模型；
    Nginx：支持epoll模型；

四、Nginx安装

• Nginx下载官网http://nginx.org/

• 安装

[root@localhost ~]# yum -y install pcre-devel zlib-devel
[root@localhost ~]# useradd -M -s /sbin/nologin nginx
[root@localhost ~]# tar xf nginx-1.22.0.tar.gz 
[root@localhost nginx-1.22.0]# ./configure --prefix=/data/nginx --user=nginx --group=nginx --with-http_stub_status_module

注解：
--prefix=/usr/local/nginx               ##指定安装位置
--user=nginx --group=nginx              ##指定运行服务的用户和组
--with-http_stub_status_module          ##开启状态监听模块 
--conf-path=                            ##指向配置文件存放位置
--error-log-path=                       ##指向错误日志存放位置
--pid-path=                             ##指向pid文件存放位置 
--with-rtsig_module                     ##启用rtsig模块支持（实时信号）
--with-select_module                    ##启用select模块支持（一种轮询模式,不推荐在高载环境下使用）禁用：--without-select_module
--with-http_ssl_module              ##启用ngx_http_ssl_module支持（使支持https请求，需已安装openssl）
--with-http_xslt_module                 ##启用ngx_http_xslt_module支持（过滤转换XML请求）
--with-http_image_filter_module             ##启用ngx_http_image_filter_module支持（传输JPEG/GIF/PNG 图片的一个过滤器）（默认为不启用，要用到gd库） 
--with-http_gzip_static_module          ##启用ngx_http_gzip_static_module支持（在线实时压缩输出数据流）
--with-http_degradation_module          ##启用ngx_http_degradation_module支持（允许在内存不足的情况下返回204或444码）
--without-http_access_module            ##禁用ngx_http_access_module支持（该模块提供了一个简单的基于主机的访问控制，允许或拒绝基于ip地址）
--without-http_auth_basic_module        ##禁用ngx_http_auth_basic_module（该模块是可以使用用户名和密码基于http基本认证方法，来保护你的站点或其部分内容）
---without-http_rewrite_module          ##禁用ngx_http_rewrite_module支持（该模块允许使用正则表达式改变URL）
--without-http_fastcgi_module           ##禁用ngx_http_fastcgi_module支持（该模块允许Nginx 与FastCGI 进程交互，并通过传递参数来控制FastCGI 进程工作。）

[root@localhost nginx-1.22.0]# make && make install
[root@localhost nginx-1.22.0]# ls /data/nginx
conf  html  logs  sbin

• 启动

[root@localhost data]# /data/nginx/sbin/nginx

• 优化Nginx启动服务，可以不用做这种方式

[root@localhost data]# ln -s /data/nginx/sbin/nginx /usr/local/sbin/
[root@localhost data]# vi /etc/init.d/nginx
#!/bin/bash
# chkconfig: - 99 20
# description: Nginx Server Control Script
NP="/data/nginx/sbin/nginx"
NPF="/data/nginx/logs/nginx.pid"
case "$1" in
  start)
    $NP;
    if [ $? -eq 0 ]
    then
      echo "nginx is starting!! "
    fi
  ;;
  stop)
    kill -s QUIT $(cat $NPF)
    if [ $? -eq 0 ]
    then
    echo "nginx is stopping!! "
    fi
  ;;
  restart)
    $0 stop
    $0 start
  ;;
  reload)
    kill -s HUP $(cat $NPF)
    if [ $? -eq 0 ]
    then
      echo "nginx config file is reload! "
    fi
  ;;
  *)
    echo "Usage: $0 {start|stop|restart|reload}"
    exit 1  
esac
exit 0

[root@localhost data]# chmod +x /etc/init.d/nginx 
[root@localhost data]# chkconfig --add nginx
[root@localhost data]# chkconfig nginx on
[root@localhost data]#  /etc/init.d/nginx start #start/stop/restart/reload

• 开启Nginx的状态监听模块

[root@localhost ~]# vi /data/nginx/conf/nginx.conf      ##编辑配置文件在server中添加如下行：
     47         location /status {
     48                 stub_status on;
     49                 access_log off;
     50         }
[root@localhost ~]# /data/nginx/sbin/nginx -t   #检查配置是否正确
[root@localhost ~]# /data/nginx/sbin/nginx -s reload    #重新加载配置文件

• 客户端访问nginx的状态监听界面
  
  活动的连接数
  已处理的连接数 成功的tcp握手次数 已处理的请求数

• Nginx配置文件结构
  

• http区域配置中常用优化

http            {                   ##http服务配置区域
include mime.types;                 ##指定文件扩展名和文件类型映射表
default_type  application/octet-stream;     ##指定文件类型
charset  utf-8;                     ##指定字符集
server_names_hash_bucket_size  128; ##服务器名字的hash表大小
client_header_buffer_size 2k;           ##客户端请求头部buffer大小
large_client_header_buffers 4 4k;           ##指定客户端请求中较大的消息头的缓存数量和大小
client_max_body_size 8m;                ##指定客户端请求的单个文件的最大字节数

sendfile  on;                           ##开启高效传输模式
tcp_nopush  on;                     ##防止网络阻塞

keepalive_timeout 60;                   ##客户端连接超时时间

#FastCGI相关参数是为了改善网站的性能：减少资源占用，提高访问速度。
fastcgi_cache_path /usr/local/nginx/fastcgi_cache levels=1:2        ##配置fastcgi缓存路径和目录结构等级
        keys_zone=TEST:10m  inactive=5m;            ##关键字区域存储时间和非活动删除时间
fastcgi_connect_timeout 300;            ##连接到后端FastCGI的超时时间
fastcgi_send_timeout 300;               ##向FastCGI传送请求的超时时间
fastcgi_read_timeout 300;               ##接收FastCGI应答的超时时间
fastcgi_buffer_size 4k;                 ##指定读取FastCGI应答第一部分需要多大的缓冲区
fastcgi_buffers 8 4k;                   ##指定本地需要用多少和多大的缓冲区来缓冲FastCGI的应答请求
fastcgi_busy_buffers_size 8k;               ##通常为fastcgi_buffer_size大小的两倍
fastcgi_temp_file_write_size 8k;            ##写入缓存文件时使用多大的数据块，大小同上

fastcgi_cache TEST;                     ##开启Fastcgi的缓存并且为其指定一个名称
fastcgi_cache_valid 200 302 1h;         ##指定不同的状态码，其缓存的时间
fastcgi_cache_valid 301 1d;
fastcgi_cache_valid any 1m;
fastcgi_cache_min_uses 1;               ##URL经过被访问多少次将被缓存
fastcgi_cache_use_stale error timeout invalid_header http_500;      ##指定什么情况下不进行缓存

open_file_cache max=204800  inactive=20s;       ##指定缓存文件最大数量，经过多长时间文件没有被请求后则删除缓存，
open_file_cache_min_uses 1;         ##指令中的inactive参数时间内文件的最少使用次数，如果超过这个数字，文件更改信息一直是在缓存中打开的；
open_file_cache_valid 30s;              ##指定多长时间检查一次缓存的有效信息，检查该缓存的源文件是否发生变化修改等；

tcp_nodelay on;                     ## nagle算法，有需要发送的就立即发送，连接转换为长连接时使用；
server_tokens off;              ##禁用版本号
gzip on;                            ##开启gzip压缩
gzip_min_length  1k;                ##指定最小压缩文件的大小
gzip_buffers    4  16k;         ##指定压缩缓冲区的个数和大小
gzip_http_version 1.0;              ##指定压缩版本
gzip_comp_level 2;                  ##指定压缩等级1-9，9等级最高
gzip_types  text/plain application/x-javascript text/css application/xml;       ##指定压缩文件类型
gzip_vary on;               ##前端缓存服务器缓存经过压缩的页面

log_format  access  '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
                                  '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
                                  '"$http_user_agent" $http_x_forwarded_for';
                        ##配置日志格式，具体变量表示请结合百度，日志格式为access

• location语法

语法规则： location  [=|~|~*|^~]  /uri/  { … }
=：表示精确匹配,这个优先级也是最高的
^~：表示url以某个常规字符串开头，理解为匹配 url路径即可。
~ ：表示区分大小写的正则匹配
~*：表示不区分大小写的正则匹配(和上面的唯一区别就是大小写)
!~和!~*：分别为区分大小写不匹配及不区分大小写不匹配的正则
/ ：通用匹配，任何请求都会匹配到，默认匹配.
优先级排序：  =   >  ^~  >
常用的正则表达式：
*               ##重复0次或者多次
?               ##重复0次或者1次
+               ##重复1次或多次
.               ##匹配除换行符号之外的所有字符
(a|b)           ##匹配a或b
^               ##以...开头
$               ##以...结尾
{n}             ##重复n次
{n,}                ##重复最少n次
{n,m}           ##重复n到m次
\W              ##匹配任意不是字母，数字，下划线，汉字的字符
\S              ##匹配任意不是空白的字符
\D              ##匹配任意非数字的字 符
\B              ##匹配不是单词开头或结束的位置
[^x]                ##匹配除了x以外的所有字符
[^abcd]         ##匹配除了a或b或c或d以外的所有字符
^[abcd]         ##匹配除了字符串abcd以外的所有字符

• 安装webbench压力测试工具，进行测试nginx性能

[root@localhost ~]# yum -y install gcc ctags
[root@localhost ~]# wget http://home.tiscali.cz/~cz210552/distfiles/webbench-1.5.tar.gz
[root@localhost ~]# tar xf webbench-1.5.tar.gz -C /data/
[root@localhost ~]# cd /data/webbench-1.5/
[root@localhost webbench-1.5]# mkdir /usr/local/man
[root@localhost webbench-1.5]# make && make install
[root@localhost ~]# webbench -c 10000 -t 5 http://192.168.100.102/index.html    ##并发数为10000，时间为5秒
Webbench - Simple Web Benchmark 1.5
Copyright (c) Radim Kolar 1997-2004, GPL Open Source Software.

Benchmarking: GET http://192.168.100.102/index.html
10000 clients, running 5 sec.

Speed=147744 pages/min, 1397500 bytes/sec.
Requests: 12312 susceed, 0 failed.