Nginx 的介紹

Nginx 是一款是由俄羅斯的程序設計師 Igor Sysoev 所開(kāi)發(fā)高性能的 Web 和 反向代理 服務(wù)器,也是一個(gè) IMAP/POP3/SMTP 代理服務(wù)器。

在高連接并發(fā)的情況下,Nginx 是 Apache 服務(wù)器不錯的替代品。

Nginx 的產(chǎn)生

Nginx 與 Apache 一樣都是一種 Web 服務(wù)器?；?REST 架構風(fēng)格,以統一資源描述符(Uniform Resources Identifier)URI 或者統一資源定位符(Uniform Resources Locator)URL 作為溝通依據,通過(guò) HTTP 協(xié)議提供各種網(wǎng)絡(luò )服務(wù)。

然而,這些服務(wù)器在設計之初受到當時(shí)環(huán)境的局限,例如當時(shí)的用戶(hù)規模、網(wǎng)絡(luò )帶寬、產(chǎn)品特點(diǎn)等局限并且各自的定位和發(fā)展都不盡相同,這也使得各個(gè) Web 服務(wù)器有著(zhù)各自鮮明的特點(diǎn)。

Apache 的發(fā)展時(shí)期很長(cháng),而且是毫無(wú)爭議的世界第一大服務(wù)器。它有著(zhù)很多優(yōu)點(diǎn):穩定、開(kāi)源、跨平臺等等。

但是也存在一些局限性:

出現的時(shí)間太長(cháng)了,它興起的年代,互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)遠遠比不上現在,所以它被設計為一個(gè)重量級的。

不支持高并發(fā),在它上面運行數以萬(wàn)計的并發(fā)訪(fǎng)問(wèn),會(huì )導致服務(wù)器消耗大量?jì)却妗?/p>

操作系統對其進(jìn)行進(jìn)程或線(xiàn)程間的切換也消耗了大量的 CPU 資源,導致 HTTP 請求的平均響應速度降低。

等等這些都決定了 Apache 不可能成為高性能 Web 服務(wù)器,輕量級高并發(fā)服務(wù)器 Nginx 就應運而生了。

俄羅斯的工程師 Igor Sysoev,他在為 Rambler Media 工作期間,使用 C 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了 Nginx。

Nginx 作為 Web 服務(wù)器一直為 Rambler Media 提供出色而又穩定的服務(wù)。然后呢,Igor Sysoev 將 Nginx 代碼開(kāi)源,并且賦予自由軟件許可證。

由于以下這幾點(diǎn),Nginx 火了:

Nginx 使用基于事件驅動(dòng)架構,使得其可以支持數以百萬(wàn)級別的 TCP 連接。

高度的模塊化和自由軟件許可證使得第三方模塊層出不窮(開(kāi)源時(shí)代下)。

Nginx 是一個(gè)跨平臺服務(wù)器,可以運行在 Linux、Windows、FreeBSD、Solaris、AIX、Mac OS 等操作系統上。

這些優(yōu)秀的設計帶來(lái)的極大的穩定性。

Nginx 的用途

Nginx 是一款自由的、開(kāi)源的、高性能的 HTTP 服務(wù)器和反向代理服務(wù)器,同時(shí)也是一個(gè) IMAP、POP3、SMTP 代理服務(wù)器。

Nginx 可以作為一個(gè) HTTP 服務(wù)器進(jìn)行網(wǎng)站的發(fā)布處理,另外 Nginx 可以作為反向代理進(jìn)行負載均衡的實(shí)現。

關(guān)于代理

說(shuō)到代理,首先我們要明確一個(gè)概念,所謂代理就是一個(gè)代表、一個(gè)渠道,此時(shí)就涉及到兩個(gè)角色,一個(gè)是被代理角色,一個(gè)是目標角色。

被代理角色通過(guò)這個(gè)代理訪(fǎng)問(wèn)目標角色完成一些任務(wù)的過(guò)程稱(chēng)為代理操作過(guò)程,如同生活中的專(zhuān)賣(mài)店,客人到某果專(zhuān)賣(mài)店買(mǎi)了一臺手機,這個(gè)專(zhuān)賣(mài)店就是代理,被代理角色就是某果廠(chǎng)家,目標角色就是用戶(hù)。

正向代理

在如今的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下,我們如果由于技術(shù)需要去訪(fǎng)問(wèn)某些網(wǎng)站,此時(shí)我們可以將請求發(fā)送給代理服務(wù)器,代理服務(wù)器去訪(fǎng)問(wèn)該網(wǎng)站,然后將訪(fǎng)問(wèn)到的數據傳遞給我們。

上述這樣的代理模式稱(chēng)為正向代理,正向代理最大的特點(diǎn)是客戶(hù)端非常明確要訪(fǎng)問(wèn)的服務(wù)器地址;服務(wù)器只清楚請求來(lái)自哪個(gè)代理服務(wù)器,而不清楚來(lái)自哪個(gè)具體的客戶(hù)端。正向代理模式屏蔽或者隱藏了真實(shí)客戶(hù)端信息。

客戶(hù)端必須設置正向代理服務(wù)器,當然前提是要知道正向代理服務(wù)器的 IP 地址,還有代理程序的端口。

正向代理,它代理的是客戶(hù)端,是一個(gè)位于客戶(hù)端和原始服務(wù)器(Origin Server)之間的服務(wù)器,為了從原始服務(wù)器獲取內容,客戶(hù)端向代理發(fā)送一個(gè)請求并指定目標(原始服務(wù)器)。

然后代理向原始服務(wù)器轉交請求并將獲得的內容返回給客戶(hù)端?？蛻?hù)端必須要進(jìn)行一些特別的設置才能使用正向代理(具體不展開(kāi))。

正向代理的作用:

訪(fǎng)問(wèn)原來(lái)無(wú)法訪(fǎng)問(wèn)的資源。

可以做緩存,加速訪(fǎng)問(wèn)資源。

對客戶(hù)端訪(fǎng)問(wèn)授權,上網(wǎng)進(jìn)行認證。

代理可以記錄用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)記錄(上網(wǎng)行為管理),對外隱藏用戶(hù)信息。

反向代理

明白了什么是正向代理之后,我們繼續看關(guān)于反向代理的處理方式。如我國的某寶網(wǎng)站,每天同時(shí)連接到網(wǎng)站的訪(fǎng)問(wèn)人數已經(jīng)爆表,單個(gè)服務(wù)器遠遠不能滿(mǎn)足人民日益增長(cháng)的購買(mǎi)欲望了。

此時(shí)就出現了一個(gè)大家耳熟能詳的名詞:分布式部署,也就是通過(guò)部署多臺服務(wù)器來(lái)解決訪(fǎng)問(wèn)人數限制的問(wèn)題。

某寶網(wǎng)站中大部分功能也是直接使用 Nginx 進(jìn)行反向代理實(shí)現的,并且通過(guò)封裝 Nginx 和其他的組件之后起了個(gè)高大上的名字:Tengine。

可以訪(fǎng)問(wèn) Tengine 的官網(wǎng)查看具體的信息:

http://tengine.taobao.org/

那么反向代理具體是通過(guò)什么樣的方式實(shí)現的分布式的集群部署的呢?我們先看一個(gè)示意圖(服務(wù)器和反向代理框在一塊,同屬于一個(gè)環(huán)境,后面展開(kāi))。

通過(guò)上圖所示大家就可以看清楚了,多個(gè)客戶(hù)端給服務(wù)器發(fā)送的請求,Nginx 服務(wù)器接收到之后,按照一定的規則分發(fā)給了后端的業(yè)務(wù)處理服務(wù)器進(jìn)行處理了。

此時(shí)請求的來(lái)源也就是客戶(hù)端是明確的,但是請求具體由哪臺服務(wù)器處理的并不明確了,Nginx 扮演的就是一個(gè)反向代理角色。

客戶(hù)端是無(wú)感知代理的存在的,反向代理對外都是透明的,訪(fǎng)問(wèn)者并不知道自己訪(fǎng)問(wèn)的是一個(gè)代理。因為客戶(hù)端不需要任何配置就可以訪(fǎng)問(wèn)。

反向代理,它代理的是服務(wù)端,主要用于服務(wù)器集群分布式部署的情況下,反向代理隱藏了服務(wù)器的信息。

反向代理的作用:

保證內網(wǎng)的安全,通常將反向代理作為公網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)地址,Web 服務(wù)器是內網(wǎng)。

負載均衡,通過(guò)反向代理服務(wù)器來(lái)優(yōu)化網(wǎng)站的負載。

項目場(chǎng)景

通常情況下,我們在實(shí)際項目操作時(shí),正向代理和反向代理很有可能會(huì )存在同一個(gè)應用場(chǎng)景中,正向代理代理客戶(hù)端的請求去訪(fǎng)問(wèn)目標服務(wù)器,目標服務(wù)器是一個(gè)反向代理服務(wù)器,反向代理了多臺真實(shí)的業(yè)務(wù)處理服務(wù)器。

具體拓撲圖如下所示。

正向代理和反向代理的區別

由上圖可知:

在正向代理中,Proxy 和 Client 同屬于一個(gè) LAN(圖中方框內),隱藏了客戶(hù)端信息。

在反向代理中,Proxy 和 Server同屬于一個(gè) LAN(圖中方框內),隱藏了服務(wù)端信息。

實(shí)際上,Proxy 在兩種代理中做的事情都是替服務(wù)器代為收發(fā)請求和響應,不過(guò)從結構上看正好左右互換了一下,所以把后出現的那種代理方式稱(chēng)為反向代理。

負載均衡

我們已經(jīng)明確了所謂代理服務(wù)器的概念,那么接下來(lái),Nginx 扮演了反向代理服務(wù)器的角色,它是依據什么樣的規則進(jìn)行請求分發(fā)的?不用的項目應用場(chǎng)景,分發(fā)的規則是否可以控制?

這里提到的客戶(hù)端發(fā)送的、Nginx 反向代理服務(wù)器接收到的請求數量,就是我們說(shuō)的負載量。請求數量按照一定的規則進(jìn)行分發(fā),到不同的服務(wù)器處理的規則,就是一種均衡規則。所以將服務(wù)器接收到的請求按照規則分發(fā)的過(guò)程,稱(chēng)為負載均衡。

負載均衡在實(shí)際項目操作過(guò)程中,有硬件負載均衡和軟件負載均衡兩種,硬件負載均衡也稱(chēng)為硬負載,如 F5 負載均衡,相對造價(jià)昂貴成本較高。但是數據的穩定性安全性等等有非常好的保障,如中國移動(dòng)中國聯(lián)通這樣的公司才會(huì )選擇硬負載進(jìn)行操作。

更多的公司考慮到成本原因,會(huì )選擇使用軟件負載均衡,軟件負載均衡是利用現有的技術(shù)結合主機硬件實(shí)現的一種消息隊列分發(fā)機制。

Nginx 支持的負載均衡調度算法方式如下: 

weight 輪詢(xún)(默認):接收到的請求按照順序逐一分配到不同的后端服務(wù)器,即使在使用過(guò)程中,某一臺后端服務(wù)器宕機,Nginx 會(huì )自動(dòng)將該服務(wù)器剔除出隊列,請求受理情況不會(huì )受到任何影響。這種方式下,可以給不同的后端服務(wù)器設置一個(gè)權重值(weight),用于調整不同的服務(wù)器上請求的分配率。

權重數據越大,被分配到請求的幾率越大;該權重值,主要是針對實(shí)際工作環(huán)境中不同的后端服務(wù)器硬件配置進(jìn)行調整的。

ip_hash:每個(gè)請求按照發(fā)起客戶(hù)端的 ip 的 hash 結果進(jìn)行匹配,這樣的算法下一個(gè)固定 ip 地址的客戶(hù)端總會(huì )訪(fǎng)問(wèn)到同一個(gè)后端服務(wù)器,這也在一定程度上解決了集群部署環(huán)境下 Session 共享的問(wèn)題。

fair:智能調整調度算法,動(dòng)態(tài)的根據后端服務(wù)器的請求處理到響應的時(shí)間進(jìn)行均衡分配。

響應時(shí)間短處理效率高的服務(wù)器分配到請求的概率高,響應時(shí)間長(cháng)處理效率低的服務(wù)器分配到的請求少,它是結合了前兩者的優(yōu)點(diǎn)的一種調度算法。但是需要注意的是 Nginx 默認不支持 fair 算法,如果要使用這種調度算法,請安裝 upstream_fair 模塊。

url_hash:按照訪(fǎng)問(wèn)的 URL 的 hash 結果分配請求,每個(gè)請求的 URL 會(huì )指向后端固定的某個(gè)服務(wù)器,可以在 Nginx 作為靜態(tài)服務(wù)器的情況下提高緩存效率。注意 Nginx 默認不支持這種調度算法,要使用的話(huà)需要安裝 Nginx 的 hash 軟件包。

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