当初我要是这么学习Nginx就好了!(多图详解)

本文主要帮助大家熟悉 Nginx 有哪些应用场景、Nginx 特点和架构模型以及相关流程、Nginx 定制化开发的几种模块分类。读完本文你将对 Nginx 有一定的认识。

作者：李航来源：51CTO技术栈|2020-03-16 08:00

【51CTO.com原创稿件】本文主要帮助大家熟悉 Nginx 有哪些应用场景、Nginx 特点和架构模型以及相关流程、Nginx 定制化开发的几种模块分类。读完本文你将对 Nginx 有一定的认识。

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本文将围绕如下几个部分进行讲解：

• Nginx 简介及特点
• Nginx 应用场景
• Nginx 框架模型介绍
• Nginx 内部流程介绍
• Nginx 自定义模块开发介绍
• Nginx 核心时间点模块介绍
• Nginx 分流模块介绍
• Nginx 动态 upstream 模块介绍
• Nginx query_upstrem 模块介绍
• Nginx query_conf 模块介绍
• Nginx 共享内存支持 Redis 协议模块介绍
• Nginx 日志回放压测工具介绍

Nginx 简介以及特点

Nginx (engine x) 是一个高性能的 Web 服务器和反向代理服务器，也是一个 IMAP/POP3/SMTP 服务器：

• 它由俄罗斯程序员 Igor Sysoev 于 2002 年开始开发。
• Nginx 是增长最快的 Web 服务器，市场份额已达 33.3%。
• 全球使用量排名第二，2011 年成立商业公司。

Nginx 社区分支：

• Openresty：作者 @agentzh(章宜春)开发的，最大特点是引入了 ngx_lua 模块，支持使用 Lua 开发插件，并且集合了很多丰富的模块，以及 Lua 库。
• Tengine：主要是淘宝团队开发。特点是融入了因淘宝自身的一些业务带来的新功能。
• Nginx 官方版本，更新迭代比较快，并且提供免费版本和商业版本。

Nginx 源码结构(代码量大约 11 万行 C 代码)：

• 源代码目录结构 Core(主干和基础设置)
• Event(事件驱动模型和不同的 IO 复用模块)
• HTTP(HTTP 服务器和模块)
• Mail(邮件代理服务器和模块)
• OS(操作系统相关的实现)
• Misc(杂项)

Nginx 特点如下：

• 反向代理，负载均衡器
• 高可靠性、单 Master 多 Worker 模式
• 高可扩展性、高度模块化
• 低内存消耗

Nginx 应用场景

Nginx 的应用场景如下：

• 静态文件服务器
• 反向代理，负载均衡
• 智能路由(企业级灰度测试、地图 POI 一键切流)
• 图片实时压缩

Nginx 框架模型介绍

进程组件角色：

• Master 进程：监视工作进程的状态;当工作进程死掉后重启一个新的;处理信号和通知工作进程。
• Worker 进程：处理客户端请求，从主进程处获得信号做相应的事情。
• Cache Loader 进程：加载缓存索引文件信息，然后退出。
• Cache Manager进程：管理磁盘的缓存大小，超过预定值大小后最少使用数据将被删除。

Nginx 的框架模型如下图：

框架模型流程如下图：

Nginx 内部流程介绍

Nginx 框架模型流程如下图：

Master 初始化流程，如下图：

Worker 初始化：

Worker 初始化流程图如下：

静态文件请求 IO 流程如下图：

HTTP 请求流程如下图：

HTTP 请求 11 个阶段，如下图所示：

upstream模块：

• 访问第三方 Server 服务器
• 底层 HTTP 通信非常完善
• 异步非阻塞
• 上下游内存零拷贝，节省内存
• 支持自定义模块开发

upstream 框架流程，如下图：

upstream 内部流程，如下图：

反向代理流程，如下图：

Nginx 定制化模块开发

Nginx 的模块化设计特点如下：

• 高度抽象的模块接口
• 模块接口非常简单，具有很高的灵活性
• 配置模块的设计
• 核心模块接口的简单化
• 多层次、多类别的模块设计

内部核心模块：

Handler 模块：接受来自客户端的请求并构建响应头和响应体。

Filter 模块：过滤(filter)模块是过滤响应头和内容的模块，可以对回复的头和内容进行处理。它的处理时间在获取回复内容之后，向用户发送响应之前。

Upstream 模块：使 Nginx 跨越单机的限制，完成网络数据的接收、处理和转发，纯异步的访问后端服务。

Load_Balance：负载均衡模块，实现特定的算法，在众多的后端服务器中，选择一个服务器出来作为某个请求的转发服务器。

ngx_lua 模块：

• 内存开销小
• 运行速度快
• 强大的 Lua 协程
• 业务逻辑以自然逻辑书写

定制化开发 Demo

Handler 模块：

• 编写 config 文件
• 编写模块产生内容响应信息

1. #配置文件： 
2. server { 
3.     location test { 
4.         test_counter on; 
5. #config 
6. ngx_addon_name=ngx_http_test_module 
7. HTTP_MODULES="$HTTP_MODULES ngx_http_test_module" 
8. NGX_ADDON_SRCS="$NGX_ADDON_SRCS $ngx_addon_dir/ngx_http_test_module.c" 
9. #ngx_http_test_module.c 
10. static ngx_int_t 
11. ngx_http_test_handler(ngx_http_request_t *r) 
12.     ngx_int_t                               rc; 
13.     ngx_buf_t                               *b; 
14.     ngx_chain_t                             out; 
15.     ngx_http_test_conf_t                    *lrcf; 
16.     ngx_str_t                               ngx_test_string = ngx_string("hello test"); 
17.     lrcf = ngx_http_get_module_loc_conf(r, ngx_http_test_module); 
18.     if ( lrcf->test_counter == 0 ) { 
19.         return NGX_DECLINED; 
20.     /* we response to 'GET' and 'HEAD' requests only */ 
21.     if ( !(r->method & (NGX_HTTP_GET|NGX_HTTP_HEAD)) ) { 
22.             return NGX_HTTP_NOT_ALLOWED; 
23.     /* discard request body, since we don't need it here */ 
24.     rc = ngx_http_discard_request_body(r); 
25.     if ( rc != NGX_OK ) { 
26.         return rc; 
27.     /* set the 'Content-type' header */ 
28.      *r->headers_out.content_type.len = sizeof("text/html") - 1; 
29.      *r->headers_out.content_type.data = (u_char *)"text/html"; 
30.     ngx_str_set(&r->headers_out.content_type, "text/html"); 
31.     /* send the header only, if the request type is http 'HEAD' */ 
32.     if ( r->method == NGX_HTTP_HEAD ) { 
33.         r->headers_out.status = NGX_HTTP_OK; 
34.         r->headers_out.content_length_n = ngx_test_string.len; 
35.         return ngx_http_send_header(r); 
36.     /* set the status line */ 
37.     r->headers_out.status = NGX_HTTP_OK; 
38.     r->headers_out.content_length_n =  ngx_test_string.len; 
39.     /* send the headers of your response */ 
40.     rc = ngx_http_send_header(r); 
41.     if ( rc == NGX_ERROR || rc > NGX_OK || r->header_only ) { 
42.         return rc; 
43.     /* allocate a buffer for your response body */ 
44.     b = ngx_pcalloc(r->pool, sizeof(ngx_buf_t)); 
45.     if ( b == NULL ) { 
46.         return NGX_HTTP_INTERNAL_SERVER_ERROR; 
47.     /* attach this buffer to the buffer chain */ 
48.     out.buf = b; 
49.     out.next = NULL; 
50.     /* adjust the pointers of the buffer */ 
51.     b->pos = ngx_test_string.data; 
52.     b->last = ngx_test_string.data + ngx_test_string.len; 
53.     b->memory = 1;    /* this buffer is in memory */ 
54.     b->last_buf = 1;  /* this is the last buffer in the buffer chain */ 
55.     /* send the buffer chain of your response */ 
56.     return ngx_http_output_filter(r, &out); 

Nginx 核心时间点模块介绍

解决接入层故障定位慢的问题，帮助 OP 快速判定问题根因，优先自证清白，提高接入层高效的生产力。

Nginx 分流模块介绍

Nginx 分流模块特点如下：

• 实现非常灵活的动态的修改策略从而进行切流量。
• 实现平滑无损的方式进行流量的切换。
• 通过秒级切换流量可以缩小影响范围，从而减少损失。
• 按照某一城市或者某个特征，秒级进行切换流量或者禁用流量。
• 容忍单机房级别容量故障，缩短了单机房故障的止损时间。
• 快速的将流量隔离或者流量抽样。
• 高效的灰度测试，提高生产力。

Nginx 动态 upstream 模块介绍

让接入层可以适配动态调度的云环境，实现服务的平滑上下线、弹性扩/缩容。

从而提高接入层高效的生产力以及稳定性，保证业务流量的平滑无损。

Nginx query_upstream 模块介绍

链路追踪，梳理接口到后端链路的情况。查询 location 接口对应 upstream server 信息。

Nginx query_conf 模块介绍

获取 Nginx 配置文件格式化为 json 格式信息：

Nginx 共享内存支持 Redis 协议模块介绍

根据配置文件来动态的添加共享内存：

1. https://github.com/lidaohang/ngx_shm_dict  

ngx_shm_dict：共享内存核心模块(红黑树，队列)

ngx_shm_dict_manager：添加定时器事件，定时的清除共享内存中过期的 Key，添加读事件，支持 Redis 协议，通过 redis-cli get，set，del，ttl

ngx_shm_dict_view：共享内存查看

Nginx 日志回放压测工具

解析日志进行回放压测，模拟后端服务器慢等各种异常情况 ：

1. https://github.com/lidaohang/playback-testing 

方案说明：

• 客户端解析 access.log 构建请求的 host，port，url，body。
• 把后端响应时间，后端响应状态码，后端响应大小放入 header 头中。
• 后端服务器获取相应的 header，进行模拟响应 body 大小，响应状态码，响应时间。

使用方式：

• 拷贝需要测试的 access.log 的日志到 logs 文件夹里面。
• 搭建需要测试的 Nginx 服务器，并且配置 upstream 指向后端服务器断端口
• 启动后端服务器实例

1. server/backserver/main.go 

1. bin/wrk -c30 -t1 -s conf/nginx_log.lua http://localhost:8095 

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