初识 Nginx（一）

由于 Nginx 对硬件和操作系统内核特性的深度挖掘，使得它在保持高并发的同时，实现了高吞吐量。优秀的模块设计，使得 Nginx 的生态圈，异常丰富。大量的第三方模块，使得 Nginx 可以轻松实现各种场景下的定制化需求

这些特性，使得 Nginx 成为互联网公司的标准配置

Nginx 的三个主要应用场景

往往一个 web 请求从红色的箭头走下来以后，会先经过 Nginx，再到应用服务，然后再去访问 Redis 或者 MySQL 这样的数据库，提供基本的数据功能

这里有一个问题，应用服务因为对开发效率要求特别的高，它的运行效率是很低的，它的 QPS、TPS 或者并发都是受限的，所以就需要把很多这样的应用服务组成一个集群，向用户提供高可用性，而一旦很多应用服务构成集群的时候，就需要 Nginx 具有反向代理功能，可以将动态请求传给应用服务

很多的应用服务组成的集群，它一定会带来两个需求：

• 需要动态的扩容

• 有些服务出问题的时候，需要做容灾

这样就使反向代理必须具备负载均衡功能。其次，在这样的一个链路中，Nginx 是处在企业内部网络的边缘节点，随着网络链路的增长，用户体验到的时延会增加，所以如果我们能把一些用户看起来不变的，或者在一段时间内看起来不变的动态内容，缓存在 Nginx 部分，由 Nginx 直接向用户提供访问。那么这样用户访问时延就会减少很多

所以反向代理会衍生出另外一个功能叫缓存，它能加速访问。很多时候我们在访问 css、js 或者一些小的图标图片，这样的静态资源，是没有必要由应用服务来提供访问的，它只需要通过本地文件，系统上放置的静态资源，直接由 Nginx 提供访问就可以了，这就是 Nginx 提供静态资源服务功能

第三个应用场景，则是因为应用服务它本身的性能因为有很多的问题，但是数据库服务要比应用服务好的多，因为它的应用场景比较简单，它的并发性能和 TPS 都要远高于应用服务，所以就衍生出第三个应用场景。由 Nginx 直接去访问数据库（Redis 或者类似这样的服务），利用 Nginx 强大的并发性实现如：web 防火墙，这样复杂的业务功能来提供给用户。这要求 API 服务有非常强大的业务处理功能，所以像 OpenResty，或者像 Nginx 集成的 JavaScript，利用 JavaScript、Lua 这样的语言功能，和它们语言先天自带的一些工具库来提供完整的 API 服务

Nginx 出现的历史背景

• 互联网数据量的快速增长

• 摩尔定律：性能提升

• 低效的 Apache

主要是全球化和物联网的快速发展，导致接入互联网的人与设备的数量都在快速上升，数据的快速爆炸，对硬件性能提出了很高的要求，提到硬件，大家都知道摩尔定律。之前我的服务跑在 1GHz 的 CPU 上，一年半以后，我更新到 2GHz 的 CPU 时，我可以预测到我的服务会有两倍的性能提升

但是到本世纪初，摩尔定律在单颗 CPU 的频率上已经失效了，CPU 开始向多核方向发展。这个时候，当你的服务是跑在 8 核 CPU 上时，一年以后，你换到 16 核的 CPU，通常你的服务不会有一倍的性能提升的

那么这些性能究竟损耗在哪里？

主要是操作系统和大量的软件没有做好服务于多核架构的准备，比如 Apache，Apache 是低效的，因为它的架构模型里，一个进程，同一时间，只会处理一个连接一个请求，只有在这个请求处理完以后，才会去处理下一个请求

这有什么潜台词呢？这实际上是在使用操作系统的进程间切换的特性，因为操作系统微观上只有有限的 CPU，但是操作系统被设计为同时服务于数百甚至上千的进程，而 Apache 一个进程只能服务于一个连接，这样的模式，会导致，当 Apache 需要面对几十万、几百万连接的时候，它没有办法去开几百万的进程，而进程间切换的代价、成本又太高。当并发的连接数变多，这些进程间切换，引发的性能消耗也就越大。而 Nginx 是专门为了这样的应用场景而生的。Nginx 可以处理数百万甚至数千万的并发连接

Nginx 的优点

• 高并发、高性能

• 可扩展性好

• 高可靠性

• 热部署

• BSD 许可证

Y 轴是每秒处理的请求数（RPS），X 轴是并发连接数。从图中可以看到，大部分的程序或 web 服务器，随着并发连接数的上升，它的 RPS 会急剧的下降，这就是上边说到的，它的架构设计是有问题的

Nginx 的第一个优点就是高并发、高性能同时具备的，往往高并发只需要对每一个连接所使用的内存尽量的少就可以达到。而具备高并发的同时又具备高性能，往往需要非常好的设计。Nginx 可以达到什么样的标准呢？比如说现在比较主流的服务器（32 核、64G 内存），可以轻松达到数千万的并发连接，如果是处理一些简单的静态资源请求，它可以达到 100w 的 RPS

第二个核心优点是它的可扩展性非常的好。它的可扩展性主要体现在它的模块化设计，模块化设计的非常稳定，使得 Nginx 的第三方模块生态圈非常的丰富。丰富的生态圈，为 Nginx 丰富的功能提供了保证

第三个优点是它的高可靠性。所谓高可靠性是指 Nginx 可以在服务器上持续不间断的运行数年，而很多 web 服务器，往往运行几周或者几个月就需要做一次重启。对于 Nginx 这样一个高并发、高性能的反向代理服务器而言，它往往运行在企业内的边缘节点上，这个时候，如果企业想提供 4 个 9，5 个 9，甚至更高的高可用性时，对 Nginx 持续运行，能够宕机的时间一年可能只能以秒来计。所以在这样一个角色中，Nginx 的高可靠性，提供了非常好的保证

第四个优点是热部署。是指可以在不停止服务的情况下升级 Nginx，这个功能对 Nginx 来讲非常重要，因为在 Nginx 上可能跑了数百万的并发连接。如果是普通的服务，我们可能是需要 kill 掉进程然后再重启的方式就可以处理好。但是对于 Nginx 而言，因为 kill 掉 Nginx 进程，会导致操作系统为所有的已经建立连接的客户端发送一个 TCP 中的 reset 复位包，而很多的客户端是没有办法很好的处理复位请求的。在大并发场景下，一些偶然事件，就会导致必然的恶性结果，所以热部署是非常有必要的

第五个优点是 BSD 许可证。它指的是 Nginx 不仅是开源的、免费的，而且大家可以在有定制的场景下去修改 Nginx 的源代码，在商业场景下是合法的

Nginx 的四个主要组成部分

Nginx 二进制可执行文件

这个是由 Nginx 本身的框架，它的官方模块和编译进去的各种第三方模块，一起构建的文件。这个文件就相当于汽车本身，它有完整的系统，所有的功能都由它提供

Nginx.conf 配置文件

它相当于驾驶员，虽然二进制可执行文件已经提供了许多功能，但这些功能有没有开启，或者开启了以后，定义怎样的行为处理请求，都是由 Nginx.conf 配置文件决定的。所以它相当于驾驶员，控制汽车的行为

access.log 访问日志

它相当于这辆汽车经过的所有地方形成了 GPS 轨迹，access.log 会记录下每一条 http 请求信息与响应信息

error.log 错误日志

它相当于黑匣子一样，当出现了一些不可预期的问题时，可以通过 error.log 去把问题定位出来

Nginx 的版本发布情况

• feature：发布了哪些功能

• bugfix：修复了哪些 bug

• change：做了哪些小的重构