Nginx及其架构设计

1.1. 什么是 Nginx

Nginx 是俄罗斯人编写的十分轻量级的 HTTP 服务器,Nginx，它的发音为“engine X”，是一个高性能的HTTP和反向代理服务器，同时也是一个 IMAP/POP3/SMTP 代理服务器。

Nginx 因为它的稳定性、丰富的模块库、灵活的配置和低系统资源的消耗而闻名．业界一致认为它是 Apache2.2＋mod_proxy_balancer 的轻量级代替者，不仅是因为响应静态页面的速度非常快，而且它的模块数量达到 Apache 的近 2/3。对 proxy 和 rewrite 模块的支持很彻底，还支持 mod_fcgi、ssl、vhosts ，适合用来做 mongrel clusters 的前端 HTTP 响应。

目前Nginx在国内很多大型企业都有应用，且普及率呈逐年上升趋势。选择Nginx的理由也很简单：

第一，它可以支持5W高并发连接；

第二，内存消耗少；

第三，成本低。

1.2. Nginx在架构中发挥的作用

• 网关 

---面向客户的总入口。

• 虚拟主机 

---一台机器为不同的域名/ip/端口提供服务

• 路由 

---使用反向代理，整合后续服务为一个完整业务

• 静态服务器 

---mvvm模式中，用来发布前端html/css/js/img

• 负载集群 

---使用upstream，负载多个tomcat

Nginx架构设计

2.1. Nginx的模块化设计

高度模块化的设计是 Nginx 的架构基础。Nginx 服务器被分解为多个模块，每个模块就是一个功能模块，只负责自身的功能，模块之间严格遵循“高内聚，低耦合”的原则。

• 核心模块

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

标准 HTTP 模块提供 HTTP 协议解析相关的功能，如：端口配置、网页编码设置、HTTP 响应头设置等。

• 可选 HTTP 模块

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，如：Flash 多媒体传输、解析 GeoIP 请求、SSL 支持等。

• 邮件服务模块

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。

• 第三方模块

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，如：Json 支持、Lua 支持等。

2.2. Nginx多进程模型 

2.1、服务器每当收到一个客户端时。就有服务器主进程（master process）生成一个子进程（worker  process）出来和客户端建立连接进行交互，直到连接断开，该子进程结束。

2.2、使用进程的好处是各个进程之间相互独立，不需要加锁，减少了使用锁对性能造成影响，同时降低编程的复杂度，降低开发成本。

其次，采用独立的进程，可以让进程互相之间不会影响，如果一个进程发生异常退出时，其它进程正常工作，master 进程则很快启动新的 worker 进程，确保服务不中断，将风险降到最低。

缺点是操作系统生成一个子进程需要进行内存复制等操作，在资源和时间上会产生一定的开销；当有大量请求时，会导致系统性能下降。

2.3. Nginx的epoll模式

select和poll的处理模式如上图：

--在某一时刻，进程收集所有的连接，其实这100万连接中大部分是没有事件发生的。因此，如果每次收集事件时，都把这100万连接的套接字传给操作系统（这首先就是用户态内存到内核内存的大量复制），而由操作系统内核寻找这些链接上没有处理的事件，将会是巨大的浪费。

而epoll改进了收集连接的动作，提高效率。

epoll的优点：

² 支持一个进程打开大数目的socket描述符(FD)

² IO效率不随FD数目增加而线性下降

² 使用mmap加速内核与用户空间的消息传递

2.4. 正向代理与反向代理

4.1、代理：意思是一个位于客户端和原始服务器(origin server)之间的服务器，为了从原始服务器取得内容，客户端向代理发送一个请求并指定目标(原始服务器)，然后代理向原始服务器转交请求并将获得的内容返回给客户端。

4.2、反向代理，服务端推出的一个代理招牌。