前端工程师不可不知的Nginx知识

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口味：虎皮鸡蛋

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本文已收录在前端食堂同名仓库Github github.com/Geekhyt，欢迎光临食堂，如果觉得酒菜还算可口，赏个 Star 对食堂老板来说是莫大的鼓励。

历史背景

互联网的全球化导致了互联网的数据量快速增长，加上在本世纪初摩尔定律在单核 CPU 上的失效，CPU 朝着多核方向发展，而 Apache 显然并没有做好多核架构的准备，它的一个进程同一时间只能处理一个连接，处理完一个请求后才能处理下一个，这无疑不能应对如今互联网上海量的用户。况且进程间切换的成本是非常高的。在这种背景下，Nginx 应运而生，可以轻松处理数百万、上千万的连接。

Nginx 优势

• 高并发高性能
• 可扩展性好
• 高可靠性
• 热部署
• 开源许可证

Nginx 主要应用场景

• 静态资源服务，通过本地文件系统提供服务
• 反向代理服务、负载均衡
• API服务、权限控制，减少应用服务器压力

Nginx 配置文件和目录

通过 rpm -ql nginx 可以查看 Nginx 安装的配置文件和目录。

如图是我在某某云上安装的最新稳定版本的Nginx的配置文件及目录。

• /etc/nginx/nginx.conf 核心配置文件
• /etc/nginx/conf.d/default.conf 默认http服务器配置文件
• /etc/nginx/fastcgi_params fastcgi配置
• /etc/nginx/scgi_params scgi配置
• /etc/nginx/uwsgi_params uwsgi配置
• /etc/nginx/koi-utf
• /etc/nginx/koi-win
• /etc/nginx/win-utf 这三个文件是编码映射文件，因为作者是俄国人
• /etc/nginx/mime.types 设置HTTP协议的Content-Type与扩展名对应关系的文件
• /usr/lib/systemd/system/nginx-debug.service
• /usr/lib/systemd/system/nginx.service
• /etc/sysconfig/nginx
• /etc/sysconfig/nginx-debug 这四个文件是用来配置守护进程管理的
• /etc/nginx/modules 基本共享库和内核模块
• /usr/share/doc/nginx-1.18.0 帮助文档
• /usr/share/doc/nginx-1.18.0/COPYRIGHT 版权声明
• /usr/share/man/man8/nginx.8.gz 手册
• /var/cache/nginx Nginx的缓存目录
• /var/log/nginx Nginx的日志目录
• /usr/sbin/nginx 可执行命令
• /usr/sbin/nginx-debug 调试执行可执行命令

关于 Nginx 的常用命令以及配置文件语法很容易就可以搜到，本文不作赘述，下面从 Nginx 的功能以及实际场景出发看一看各个场景下 Nginx 可以提供给我们哪些配置项。在此之前，我们先来明确两个概念：

正向代理 Forward proxy

一句话解释正向代理，正向代理的对象是客户端，服务器端看不到真正的客户端。

resolver 8.8.8.8 # 谷歌的域名解析地址
server {
    location / {
      # 当客户端请求我的时候，我会把请求转发给它
      # $http_host 要访问的主机名 $request_uri 请求路径
      proxy_pass http://$http_host$request_uri;
    }
}

反向代理 Reverse proxy

一句话解释反向代理，反向代理的对象是服务端，客户端看不到真正的服务端。

跨域

跨域是前端工程师都会面临的场景，跨域的解决方案有很多。不过要知道在生产中，要么使用 CORS 、要么使用 Nginx 反向代理来解决跨域。在 Nginx 的配置文件中进行如下配置即可：

server {
    listen   80;
    server_name   localhost; # 用户访问 localhost，反向代理到 http://webcanteen.com
    location / {
        proxy_pass http://webcanteen.com
    }
}

Gzip

Gzip 是互联网上非常普遍的一种数据压缩格式，对于纯文本来说可以压缩到原大小的 40%，可以节省大量的带宽。不过需要注意的是，启用 Gzip 所需的 HTTP 最低版本是 1.1。

location ~ .*\. (jpg|png|gif)$ {
    gzip off; #关闭压缩
    root /data/www/images;
}
location ~ .*\. (html|js|css)$ {
    gzip on; #启用压缩
    gzip_min_length 1k; # 超过1K的文件才压缩
    gzip_http_version 1.1; # 启用gzip压缩所需的HTTP最低版本
    gzip_comp_level 9; # 压缩级别，压缩比率越高，文件被压缩的体积越小
    gzip_types text/css application/javascript; # 进行压缩的文件类型
    root /data/www/html;
}

请求限制

对于大流量恶意的访问，会造成带宽的浪费，给服务器增加压力。往往对于同一 IP 的连接数以及并发数进行限制。

关于请求限制主要有两种类型：

• limit_conn_module 连接频率限制
• limit_req_module 请求频率限制

# $binary_remote_addr 远程IP地址 zone 区域名称 10m内存区域大小
limit_conn_zone $binary_remote_addr zone=coon_zone:10m;
server {
    # conn_zone 设置对应的共享内存区域 1是限制的数量
    limit_conn conn_zone 1;
}

# $binary_remote_addr 远程IP地址 zone 区域名称 10m内存区域大小 rate 为请求频率 1s 一次
limit_req_zone $binary_remote_addr zone=req_zone:10m rate=1r/s;
server {
    location / {
        # 设置对应的共享内存区域 burst最大请求数阈值 nodelay不希望超过的请求被延迟
        limit_req zone=req_zone burst=5 nodelay;
    }
}

访问控制

关于访问控制主要有两种类型：

• -http_access_module 基于 IP 的访问控制
• -http_auth_basic_module 基于用户的信任登陆

(基于用户的信任登陆不是很安全，本文不做配置介绍)

以下是基于 IP 的访问控制：

server {
    location ~ ^/index.html {
        # 匹配 index.html 页面 除了 127.0.0.1 以外都可以访问
        deny 127.0.0.1;
        allow all;
    }
}

ab命令

ab命令全称为：Apache bench，是 Apache 自带的压力测试工具，也可以测试 Nginx、IIS 等其他 Web 服务器。

• -n 总共的请求数
• -c 并发的请求数

ab -n 1000 -c 5000 http://127.0.0.1/

防盗链

防盗链的原理就是根据请求头中 referer 得到网页来源，从而实现访问控制。这样可以防止网站资源被非法盗用，从而保证信息安全，减少带宽损耗，减轻服务器压力。

location ~ .*\.(jpg|png|gif)$ { # 匹配防盗链资源的文件类型
    # 通过 valid_referers 定义合法的地址白名单 $invalid_referer 不合法的返回403  
    valid_referers none blocked 127.0.0.1;
    if ($invalid_referer) {
        return 403;
    }
}

负载均衡 Load Balance

当我们的网站需要解决高并发、海量数据问题时，就需要使用负载均衡来调度服务器。将请求合理的分发到应用服务器集群中的一台台服务器上。

Nginx 可以为我们提供负载均衡的能力，具体配置如下：

# upstream 指定后端服务器地址
# weight 设置权重
# server 中会将 http://webcanteen 的请求转发到 upstream 池中
upstream webcanteen {
    server 127.0.0.1:66 weight=10;
    server 127.0.0.1:77 weight=1;
    server 127.0.0.1:88 weight=1;
}
server {
    location / {
        proxy_pass http://webcanteen
    }
}

后端服务器状态

后端服务器支持以下的状态配置：

• down：当前服务器不参与负载均衡
• backup：当其他节点都无法使用时的备用服务器
• max_fails：允许请求失败的次数，若到达就会休眠
• fail_timeout：经过max_fails次失败后，服务器的暂停时间，默认为10s
• max_conns：限制每个服务器的最大接收连接数

upstream webcanteen {
    server 127.0.0.1:66 down;
    server 127.0.0.1:77 backup;
    server 127.0.0.1:88  max_fails=3 fail_timeout=10s;
    server 127.0.0.1:99 max_conns=1000;
}

分配方式

• 轮询(默认），每个请求按照时间顺序轮流分配到不同的后端服务器，如果某台后端服务器宕机，Nginx 轮询列表会自动将它去除掉。
• weight(加权轮询)，轮询的加强版，weight 和访问几率成正比，主要用于后端服务器性能不均的场景。
• ip_hash，每个请求按照访问 IP 的 hash 结果分配，这样每个访问可以固定访问一个后端服务器。
• url_hash，按照访问 URL 的 hash 结果来分配请求，使得每个URL定向到同一个后端服务器上，主要应用于后端服务器为缓存时的场景。
• 自定义hash，基于任意关键字作为 hash key 实现 hash 算法的负载均衡
• fair，按照后端服务器的响应时间来分配请求，响应时间短则优先分配。