UC头条：Nginx基础知识

1、架构设计

1.1、设计概览

1.2、模块化结构

1.3、Web请求处理方式

1.4、事件驱动模型

2、常用功能

2.1、HTTP代理与反向代理

2.2、负载均衡

2.3、Web缓存

Niginx是一款开源的高性能HTTP服务器及反向代理服务器产品，此外，它还可以提供IMAP/POP3代理服务等功能。

1、架构设计

1.1、设计概览

主进程：MasterProcess，主要功能是与外界通信和对内部其它进程管理，包括进行配置文件解析、数据结构初始化、模块配置和注册、信号处理、网络监听生成、工作进程生成和管理工作。

工作进程：WorkerProcess，由主进程生成，生成数量可在配置文件中指定，正常情况下生存于主进程的整个生命周期，主要进行进程初始化、模块调用和请求处理等工作，是Nginx服务器提供服务的主体。

缓存机制：为提高请求与响应处理效率，通过缓存机制，将历史响应数据缓存到本地。在每次Nginx服务器启动后的一段时间内，会启动专门的进程对本地缓存的内容重建索引，保证对缓存文件的快速访问。

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1.2、模块化结构

Nignx服务器的开发完全遵循模块化设计思想。

命名习惯：一般ngx_开头，_module结尾，如ngx_core_module、ngx_events_module等。

模块分类：核心模块、标准HTTP模块、可选HTTP模块、邮件服务模块与第三方模块5大类。

核心模块：提供最基础最核心服务，主要包括两类功能，一类为主体功能，如进程管理、权限控制、错误日志记录、配置解析等；一类为响应请求事件必需的功能，包括事件驱动机制、正则表达式解析等。

标准HTTP模块：默认会被编译到Nginx中，除非在配置时添加-without-XXX参数声明不编译，如

模块	功能
ngx_http_core	配置端口、URI分析、服务器响应错误处理、别名控制等http核心事务
ngx_http_access_module	基于IP地址的访问控制（允许/拒绝）
ngx_http_auth_basic_module	基于HTTP的身份认证
ngx_http_headers_filter_module	设置HTTP响应头
ngx_http_upstream_module	负载均衡支持

可选HTTP模块：默认不会被编译到Nginx中，须在配置时添加-with-XXX参数声明编译

模块	功能
ngx_http_mp4_module	支持将H.264/AAC编码的多媒体信息按照流文件传输（如.mp4/.m4v/.m4a格式）
ngx_http_flv_module	支持flash

邮件服务模块：Nginx发行版中，快速编译默认不会编译相关模块，如

模块	功能
ngx_mail_pop3_module	支持POP3协议
ngx_mail_imap_module	支持IMAP协议
ngx_mail_smtp_module	支持SMTP协议

第三方模块：自定义扩展模块，如

模块	功能
echo_nginx_module	支持在Nginx配置文件中使用echo、sleep、time及exec等类Shell命令）
rds_json_nginx_module	支持Json数据的处理
lua_nginx_module	支持lua脚本语言

1.3、Web请求处理方式

处理请求的三种方式：

1、多进程方式：服务器每收到一个请求，就会由主进程生成一个子进程与客户端进行交互处理，直到连接断开，该子进程就结束了。该方式设计和实现相对简单，但是操作系统生成子进程开销较大，当并发量较大时，服务器压力很大；（初期的Apache服务器就是该方式，为了应对高并发，采用了“预生成进程”机制）

2、多线程方式：服务器每收到一个请求，就会由主进程派生一个线程与客户端进行交互处理。该方式开销小于生成进程，但是需要处理多线程问题。

3、异步方式：

同步与异步：是描述通信模式的概念。同步指发送方发送请求后，需要等到接收方响应后才能发送下一个请求；异步则相反，发送方不必等待接收方的响应就可以发现下一个请求；

阻塞与非阻塞：是描述进程处理调用的方式。阻塞方式是调用结果返回之前，当前线程从运行状态被挂起，一直等到调用结果返回之后，才会进入就绪状态，获取CPU后继续执行；非阻塞方式则相反，如果调用结果无法立即返回，当前线程也不会挂起，而是立即返回执行下一个调用。

经常会使用“同步阻塞方式“与“异步非阻塞方式”。

Nginx服务器如何处理请求：

其为了应对高并发，使用的异步非阻塞方式对外提供服务。Nginx启动后，会产生一个主进程和多个工作进程（相当于预生成），每个工作进行使用异步非阻塞方式，可以处理多个客户端请求。

1.4、事件驱动模型

事件驱动模型：一般由事件收集器、事件发送器和事件处理器三部分组成。

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事件处理的3中方法：

1、发送器传递一个请求，目标对象创建一个新进程，调用处理器处理。这种方式编码实现相对简单，但是创建进程开销大，导致服务器性能较差；

2、发送器传递一个请求，目标对象创建一个新线程，调用处理器处理。这种方式性能更高，但是会面临多线程控制问题（同步、死锁），编码难度增大；

3、发送器传递一个请求，目标对象将其放入一个待处理的列表中，使用非阻塞I/O方式调用处理器处理。这种方式编码复杂度更高，但是效率更好。大多数网络服务器采用的这种方式，Nginx也一样。

Nginx事件驱动模型：采用的“事件驱动处理库“方式，也称“多路IO复用方法”，最常见的有select模型、poll模型与epoll模型，Nginx还支持rtsig模型、kqueue模型、dev/poll模型和eventport模型等。

2、常用功能

2.1、HTTP代理与反向代理

最主要功能之一

2.2、负载均衡

两种场景：一种是单一的重负载分摊到多个节点做并行处理，然后汇集每个节点的结果返回；一种是将并发流量分摊到多个节点，提供服务器处理性能。一般谈到的负载均衡都是指后者。

Nginx负载均衡策略：内置策略（轮询、加权轮询、IPhash）和扩展策略（urlhash、fair等）。轮询：即每个请求按顺序逐一分配到不同的后端节点即可；加权轮询：指定请求到后端节点的权重，一般用于后端节点性能不均衡场景；IPhash：将请问IP进行hash操作，分配到不同后端节点，之后对应IP请求会固定访问某个后端节点，解决用户session在不同节点无法共享的问题；

2.3、Web缓存

缓存机制对应提高web服务器负载能力、提高用户请求响应速度至关重要，目前Nginx在这方面能力以及堪比Squid。它自身可以通过ProxyStore和ProxyCache实现，也可以与Squid、nacache联合使用。