nginx（一） nginx详解

nginx是一个被广泛使用的集群架构组件，我们有必要对它有足够的了解。下面将先认识nginx：包括应用场景、nginx基本架构、功能特性、并发模型以及配置说明，最后我们再总结下，为什么选择nginx的原因。

1、nginx应用

nginx （engine x）是一个可以作为HTTP WEB服务器、反向代理服务器、邮件代理服务器和一个通用的TCP / UDP代理服务器（1.9.0版本后）的多功能架构组件，同时也可以提供一定的缓存服务功能。

nginx应用比较多的场景是WEB服务器和反向代理服务器，这两个场景的相关配置后面的文章我们会分别操作配置，这里先来认识下：

1、WEB服务器：这是应用比较多的场景，配置虚拟主机提供HTTP WEB服务。可以先通过动态/静态内容分离，而后为静态内容（html/css/js/图片等）提供HTTP访问功能；而动态内容可以整合代理模块，代理给上游服务器，来支持对外部程序的直接调用或者解析，如FastCGI支持PHP。

2、反向代理服务器：这是应用非常多的场景，为后端服务器代理。接收客户端请求，根据负载均衡策略转发给后端多个上游服务器处理；然后再等待后端服务器返回请求响应，接收到后再返回给请求的客户端。

2、nginx基本架构

1、一个master进程生成多个worker子进程（每个进程只有一个线程），一个worker响应多个用户请求；

2、非阻塞、IO复用、事件驱动：select，poll， epoll， kqueue，/dev/poll；

3、支持sendfile，sendfile64；

4、支持文件AIO（异步I/O）；

5、支持mmap；

6、灵活的文件配置；

7、占用内存小：10,000个非活动HTTP保持连接占用大约2.5M内存。

3、nginx功能特性

3-1、基本功能

实现与服务静态文件（静态资源的web服务器），能缓存打开的文件描述符；

反向代理服务器，缓存、负载均衡、健康状态检测；

支持FastCGI；

模块化机制，非DSO机制，支持多种过滤器gzip，SSI和图像的模块完成图形大小调整等；

支持SSL；

3-2、扩展功能

基于名称和IP做虚拟主机；

支持keeplive；

支持平滑配置更新或程序版本升级；

定制访问日志，支持使用日志缓存以提高性能；

支持URL rewrite；

支持路径别名；

支持基于IP及用户的认证；

支持速率限制，并发数限制等；

4、nginx并发模型

如前图，一个master进程生成多个worker子进程（每个进程只有一个线程），一个worker响应多个用户请求。如果单进程启动：仅有一个进程，既充当master进程的角色，也充当worker进程的角色。

4-1、master进程

充当整个进程组与用户的交互接口（接收来自外界的信号，向各worker进程发送信号），同时监控worker进程的运行状态。

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。

4-2、worker进程

主要任务是处理基本的网络事件，完成具体的任务逻辑。多个worker进程之间是对等的，互相独立的。

worker进程主要关注点是与客户端或后端服务器（此时nginx作为中间代理）之间的数据可读/可写等I/O交互事件，所以工作进程的阻塞点是在像select()、epoll_wait()等这样的I/O多路复用函数调用处，以等待发生数据可读/写事件。当然也可能被新收到的进程信号中断。

worker进程个数：

如果负载以CPU密集型应用为主，一般会设置与机器cpu核数一致或少一个（用来处理用户等其他任务）；

如果负载以IO密集型为主，如响应大量内容给客户端，则worker数应该为CPU个数的1.5或2倍。

因为更多的worker数，只会导致进程来竞争cpu资源了，从而带来不必要的上下文切换。而且，nginx为了更好的利用多核特性，具有cpu绑定选项，我们可以将某一个进程绑定在某一个核上，这样就不会因为进程的切换带来cache的失效。

更具体的可以根据公式：Nthread = Ncpu*Ucpu*(1+W/C)，Ncpu是cpu的个数，Ucpu是cpu的使用率，W为等待时间，C为计算时间。这时需要通过监控工具来获取相应数据来计算。

最后，再以监控工具数据为准进行微调。

4-3、并发处理

A、在master进程里面，先创建socket，并bind、listen在80端口（所以master进程需要root权限）；

B、然后再fork出多个worker进程，这样每个worker进程都可以去accept这个socket（会产生惊群问题），或者使用锁机制，让抢到锁的一个worker进程去accept这个socket，注意这里一般使用select/poll/epoll机制来解决accept阻塞问题；

C、当一个新连接进来后，而只有抢到锁的一个进程可以accept这个连接进行处理（也是放入epoll中）；

D、抢到锁的worker进程accept到新连接后，会立即释放锁；然后所有worker进程再次参与抢锁，这样就回到了第二步，进行循环处理并发连接；

4-4、惊群问题

A、生产原因：像上面第二步，多个worker进程等待同一个socket的连接事件，当这个事件发生时，这些进程被同时唤醒，就是惊群。

注意，在linux2.6内核上，accept系统调用已经不存在惊群，但用epoll机制来解决accept阻塞问题，epoll_wait会有惊群问题（新增 EPOLLEXCLUSIVE 选项解决了）。

B、导致后果：许多worker进程被内核重新调度唤醒，只有一个进程可以accept这个连接进行处理，其他余者皆失败，导致性能浪费。

C、nginx解决方案：使用锁机制，让抢到锁的一个worker进程去accept（epoll_wait）这个socket；如果操作系统支持原子整型，才会使用共享内存实现原子上锁，否则使用文件上锁。

https://blog.csdn.net/tjiyu/article/details/53027619