今天我们来谈谈什么是Nginx？

什么是Nginx?

Nginx代码完全用C语言从头写成，已经移植到许多体系结构和操作系统，包括：Linux、FreeBSD、Solaris、Mac OS X、AIX以及Microsoft Windows。

Nginx有自己的函数库，并且除了zlib、PCRE和OpenSSL之外，标准模块只使用系统C库函数。而且，如果不需要或者考虑到潜在的授权冲突，可以不使用这些第三方库

Nginx (engine x) 是一个高性能的HTTP和反向代理web服务器，同时也提供了IMAP/POP3/SMTP服务。Nginx是由伊戈尔·赛索耶夫为俄罗斯访问量第二的Rambler.ru站点（俄文：Рамблер）开发的，第一个公开版本0.1.0发布于2004年10月4日。

其将源代码以类BSD许可证的形式发布，因它的稳定性、丰富的功能集、示例配置文件和低系统资源的消耗而闻名。2011年6月1日，nginx 1.0.4发布。

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，在BSD-like 协议下发行。其特点是占有内存少，并发能力强，事实上nginx的并发能力在同类型的网页服务器中表现较好，中国大陆使用nginx网站用户有：百度、京东、新浪、网易、腾讯、淘宝等。

一句话 Nginx 就是牛逼，成熟，稳定 ，应用范围广 主要还是开源。

Nginx 架构原理

 

用户通过域名发出访问Web服务器的请求，该域名被DNS服务器解析为反向代理服务器的IP地址；

反向代理服务器接受用户的请求；

反向代理服务器在本地缓存中查找请求的内容，找到后直接把内容发送给用户；

如果本地缓存里没有用户所请求的信息内容，反向代理服务器会代替用户向源服务器请求同样的信息内容，并把信息内容发给用户，如果信息内容是缓存的还会把它保存到缓存中。

1.3 优点

• 保护了真实的web服务器，保证了web服务器的资源安全

通常的代理服务器，只用于代理内部网络对Internet外部网络的连接请求，客户机必须指定代理服务器，并将本来要直接发送到Web服务器上的http请求发送到代理服务器中。不支持外部网络对内部网络的连接请求，因为内部网络对外部网络是不可见的。当一个代理服务器能够代理外部网络上的主机，访问内部网络时，这种代理服务的方式称为反向代理服务。此时代理服务器对外就表现为一个Web服务器，外部网络就可以简单把它当作一个标准的Web服务器而不需要特定的配置。不同之处在于，这个服务器没有保存任何网页的真实数据，所有的静态网页或者CGI程序，都保存在内部的Web服务器上。因此对反向代理服务器的攻击并不会使得网页信息遭到破坏，这样就增强了Web服务器的安全性。

• 节约了有限的IP地址资源

企业内所有的网站共享一个在internet中注册的IP地址，这些服务器分配私有地址，采用虚拟主机的方式对外提供服务。

• 减少WEB服务器压力，提高响应速度

反向代理就是通常所说的web服务器加速，它是一种通过在繁忙的web服务器和外部网络之间增加一个高速的web缓冲服务器来降低实际的web服务器的负载的一种技术。反向代理是针对web服务器提高加速功能，作为代理缓存，它并不是针对浏览器用户，而针对一台或多台特定的web服务器，它可以代理外部网络对内部网络的访问请求。

反向代理服务器会强制将外部网络对要代理的服务器的访问经过它，这样反向代理服务器负责接收客户端的请求，然后到源服务器上获取内容，把内容返回给用户，并把内容保存到本地，以便日后再收到同样的信息请求时，它会把本地缓存里的内容直接发给用户，以减少后端web服务器的压力，提高响应速度。因此Nginx还具有缓存功能。

• 其他优点

（1）请求的统一控制，包括设置权限、过滤规则等；

（2）区分动态和静态可缓存内容；

（3）实现负载均衡，内部可以采用多台服务器来组成服务器集群，外部还是可以采用一个地址访问；

（4）解决Ajax跨域问题；

（5）作为真实服务器的缓冲，解决瞬间负载量大的问题；

（6）支持其他插件广泛应用 自带丰富的库文件lib 底层C语言编写，所以异常强大。

Nginx模块

Nginx有五大优点：模块化、事件驱动、异步、非阻塞、多进程单线程。由内核和模块组成的，其中内核完成的工作比较简单，仅仅通过查找配置文件将客户端请求映射到一个location block，然后又将这个location block中所配置的每个指令将会启动不同的模块去完成相应的工作。

模块划分

Nginx的模块从结构上分为核心模块、基础模块和第三方模块：

• 核心模块：HTTP模块、EVENT模块和MAIL模块

• 基础模块：HTTP Access模块、HTTP FastCGI模块、HTTP Proxy模块和HTTP Rewrite模块，

• 第三方模块：HTTP Upstream Request Hash模块、Notice模块和HTTP Access Key模块。

Nginx的模块从功能上分为如下四类：

• Core(核心模块)：构建nginx基础服务、管理其他模块。

• 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。

• 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，实现服务代理和负载均衡等功能。

Nginx的核心模块主要负责建立nginx服务模型、管理网络层和应用层协议、以及启动针对特定应用的一系列候选模块。其他模块负责分配给web服务器的实际工作：

• 当Nginx发送文件或者转发请求到其他服务器，由Handlers(处理模块)或Proxies（代理类模块）提供服务；

• 当需要Nginx把输出压缩或者在服务端加一些东西，由Filters(过滤模块)提供服务。

模块处理

1、当服务器启动，每个handlers(处理模块)都有机会映射到配置文件中定义的特定位置（location）；如果有多个handlers(处理模块)映射到特定位置时，只有一个会“赢”（说明配置文件有冲突项，应该避免发生）。

处理模块以三种形式返回：

• OK

• ERROR

• 或者放弃处理这个请求而让默认处理模块来处理（主要是用来处理一些静态文件，事实上如果是位置正确而真实的静态文件，默认的处理模块会抢先处理）

2、如果handlers(处理模块)把请求反向代理到后端的服务器，就变成另外一类的模块：load-balancers（负载均衡模块）。负载均衡模块的配置中有一组后端服务器，当一个HTTP请求过来时，它决定哪台服务器应当获得这个请求。

Nginx的负载均衡模块采用两种方法：

• 轮转法，它处理请求就像纸牌游戏一样从头到尾分发；

• IP哈希法，在众多请求的情况下，它确保来自同一个IP的请求会分发到相同的后端服务器。

3、如果handlers(处理模块)没有产生错误，filters（过滤模块）将被调用。多个filters（过滤模块）能映射到每个位置，所以（比如）每个请求都可以被压缩成块。它们的执行顺序在编译时决定。

filters（过滤模块）是经典的“接力链表（CHAIN OF RESPONSIBILITY）”模型：一个filters（过滤模块）被调用，完成其工作，然后调用下一个filters（过滤模块），直到最后一个filters（过滤模块）。

过滤模块链的特别之处在于：

• 每个filters（过滤模块）不会等上一个filters（过滤模块）全部完成；

• 它能把前一个过滤模块的输出作为其处理内容；有点像Unix中的流水线；

过滤模块能以buffer（缓冲区）为单位进行操作，这些buffer一般都是一页（4K）大小，当然你也可以在nginx.conf文件中进行配置。这意味着，比如，模块可以压缩来自后端服务器的响应，然后像流一样的到达客户端，直到整个响应发送完成。

总之，过滤模块链以流水线的方式高效率地向客户端发送响应信息。

所以总结下上面的内容，一个典型的HTTP处理周期是这样的：

• 客户端发送HTTP请求 –>

• Nginx基于配置文件中的位置选择一个合适的处理模块 ->

• (如果有)负载均衡模块选择一台后端服务器 –>

• 处理模块进行处理并把输出缓冲放到第一个过滤模块上 –>

• 第一个过滤模块处理后输出给第二个过滤模块 –>

• 然后第二个过滤模块又到第三个 –>

• 依此类推 –> 最后把响应发给客户端。

下图展示了Nginx模块处理流程：

操作系统提供的机制（例如 epoll, kqueue 等）产生相关的事件。

接收和处理这些事件，如是接收到数据，则产生更高层的 request 对象。

处理 request 的 header 和 body。

产生响应，并发送回客户端。

完成 request 的处理。

重新初始化定时器及其他事件。

多进程处理模型

下面来介绍一个请求进来，多进程模型的处理方式：

首先，master进程一开始就会根据我们的配置，来建立需要listen的网络socket fd，然后fork出多个worker进程。

其次，根据进程的特性，新建立的worker进程，也会和master进程一样，具有相同的设置。因此，其也会去监听相同ip端口的套接字socket fd。

然后，这个时候有多个worker进程都在监听同样设置的socket fd，意味着当有一个请求进来的时候，所有的worker都会感知到。这样就会产生所谓的“惊群现象”。为了保证只会有一个进程成功注册到listenfd的读事件，nginx中实现了一个“accept_mutex”类似互斥锁，只有获取到这个锁的进程，才可以去注册读事件。其他进程全部accept 失败。

最后，监听成功的worker进程，读取请求，解析处理，响应数据返回给客户端，断开连接，结束。因此，一个request请求，只需要worker进程就可以完成。

进程模型的处理方式带来的一些好处就是：进程之间是独立的，也就是一个worker进程出现异常退出，其他worker进程是不会受到影响的；此外，独立进程也会避免一些不需要的锁操作，这样子会提高处理效率，并且开发调试也更容易。

如前文所述，多进程模型+异步非阻塞模型才是胜出的方案。单纯的多进程模型会导致连接并发数量的降低，而采用异步非阻塞IO模型很好的解决了这个问题；并且还因此避免的多线程的上下文切换导致的性能损失。

worker进程会竞争监听客户端的连接请求：这种方式可能会带来一个问题，就是可能所有的请求都被一个worker进程给竞争获取了，导致其他进程都比较空闲，而某一个进程会处于忙碌的状态，这种状态可能还会导致无法及时响应连接而丢弃discard掉本有能力处理的请求。这种不公平的现象，是需要避免的，尤其是在高可靠web服务器环境下。

针对这种现象，Nginx采用了一个是否打开accept_mutex选项的值，ngx_accept_disabled标识控制一个worker进程是否需要去竞争获取accept_mutex选项，进而获取accept事件。

ngx_accept_disabled值：nginx单进程的所有连接总数的八分之一，减去剩下的空闲连接数量，得到的这个ngx_accept_disabled。

当ngx_accept_disabled大于0时，不会去尝试获取accept_mutex锁，并且将ngx_accept_disabled减1，于是，每次执行到此处时，都会去减1，直到小于0。不去获取accept_mutex锁，就是等于让出获取连接的机会，很显然可以看出，当空闲连接越少时，ngx_accept_disable越大，于是让出的机会就越多，这样其它进程获取锁的机会也就越大。不去accept，自己的连接就控制下来了，其它进程的连接池就会得到利用，这样，nginx就控制了多进程间连接的平衡了。

一个简单的HTTP请求

从 Nginx 的内部来看，一个 HTTP Request 的处理过程涉及到以下几个阶段：

• 初始化 HTTP Request（读取来自客户端的数据，生成 HTTP Request 对象，该对象含有该请求所有的信息）。

• 处理请求头。

• 处理请求体。

• 如果有的话，调用与此请求（URL 或者 Location）关联的 handler。

• 依次调用各 phase handler 进行处理。

在建立连接过程中，对于nginx监听到的每个客户端连接，都会将它的读事件的handler设置为ngx_http_init_request函数，这个函数就是请求处理的入口。在处理请求时，主要就是要解析http请求，比如：uri，请求行等，然后再根据请求生成响应。下面看一下nginx处理的具体过程：

在这里，我们需要了解一下 phase handler 这个概念。phase 字面的意思，就是阶段。所以 phase handlers 也就好理解了，就是包含若干个处理阶段的一些 handler。

在每一个阶段，包含有若干个 handler，再处理到某个阶段的时候，依次调用该阶段的 handler 对 HTTP Request 进行处理。

通常情况下，一个 phase handler 对这个 request 进行处理，并产生一些输出。通常 phase handler 是与定义在配置文件中的某个 location 相关联的。

一个 phase handler 通常执行以下几项任务：

• 获取 location 配置。

• 产生适当的响应。

• 发送 response header。

• 发送 response body。

当 Nginx 读取到一个 HTTP Request 的 header 的时候，Nginx 首先查找与这个请求关联的虚拟主机的配置。如果找到了这个虚拟主机的配置，那么通常情况下，这个 HTTP Request 将会经过以下几个阶段的处理（phase handlers）：

• NGX_HTTP_POST_READ_PHASE: 读取请求内容阶段

• NGX_HTTP_SERVER_REWRITE_PHASE: Server 请求地址重写阶段

• NGX_HTTP_FIND_CONFIG_PHASE: 配置查找阶段

• NGX_HTTP_REWRITE_PHASE: Location请求地址重写阶段

• NGX_HTTP_POST_REWRITE_PHASE: 请求地址重写提交阶段

• NGX_HTTP_PREACCESS_PHASE: 访问权限检查准备阶段

• NGX_HTTP_ACCESS_PHASE: 访问权限检查阶段

• NGX_HTTP_POST_ACCESS_PHASE: 访问权限检查提交阶段

• NGX_HTTP_TRY_FILES_PHASE: 配置项 try_files 处理阶段

• NGX_HTTP_CONTENT_PHASE: 内容产生阶段

• NGX_HTTP_LOG_PHASE: 日志模块处理阶段

在内容产生阶段，为了给一个 request 产生正确的响应，Nginx 必须把这个 request 交给一个合适的 content handler 去处理。如果这个 request 对应的 location 在配置文件中被明确指定了一个 content handler，那么Nginx 就可以通过对 location 的匹配，直接找到这个对应的 handler，并把这个 request 交给这个 content handler 去处理。这样的配置指令包括像，perl，flv，proxy_pass，mp4等。

如果一个 request 对应的 location 并没有直接有配置的 content handler，那么 Nginx 依次尝试：

• 如果一个 location 里面有配置 random_index on，那么随机选择一个文件，发送给客户端。

• 如果一个 location 里面有配置 index 指令，那么发送 index 指令指明的文件，给客户端。

• 如果一个 location 里面有配置 autoindex on，那么就发送请求地址对应的服务端路径下的文件列表给客户端。

• 如果这个 request 对应的 location 上有设置 gzip_static on，那么就查找是否有对应的.gz文件存在，有的话，就发送这个给客户端（客户端支持 gzip 的情况下）。

• 请求的 URI 如果对应一个静态文件，static module 就发送静态文件的内容到客户端。

内容产生阶段完成以后，生成的输出会被传递到 filter 模块去进行处理。filter 模块也是与 location 相关的。所有的 filter 模块都被组织成一条链。输出会依次穿越所有的 filter，直到有一个 filter 模块的返回值表明已经处理完成。

这里列举几个常见的 filter 模块，例如：

• server-side includes。

• XSLT filtering。

• 图像缩放之类的。

• gzip 压缩。

在所有的 filter 中，有几个 filter 模块需要关注一下。按照调用的顺序依次说明如下：

• copy: 将一些需要复制的 buf(文件或者内存)重新复制一份然后交给剩余的 body filter 处理。

• postpone: 这个 filter 是负责 subrequest 的，也就是子请求的。

• write: 写输出到客户端，实际上是写到连接对应的 socket 上。

请求完整处理过程

根据以上请求步骤所述，请求完整的处理过程如下图所示：

END

转自https://mp.weixin.qq.com/s/msFboyO90dGORA5tQKFAgQ