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Nginx概念

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Nginx 核心概念解析：架构、模式与核心功能

Nginx 作为高性能的 HTTP 服务器和反向代理工具，凭借其轻量、稳定、高并发支持的特性，成为现代 Web 架构的核心组件。本文从底层架构、工作模式到核心功能（反向代理、负载均衡、动静分离），全面解析 Nginx 的核心概念，帮助理解其高性能的本质。

Nginx 的架构设计：多进程模型与事件驱动

Nginx 采用 “主进程 + 工作进程” 的多进程架构，配合高效的事件驱动模型，实现了对高并发请求的高效处理。

进程模型：Master 与 Worker 分工协作

Nginx 启动后会生成两类进程，各自承担不同职责：

  • Master 进程（主进程）：
    • 负责管理 Worker 进程，包括启动、停止、重载配置；
    • 读取并验证配置文件（nginx.conf）；
    • 接收外界信号（如重启、停止命令）并转发给 Worker 进程。
  • Worker 进程（工作进程）：
    • 实际处理客户端请求（HTTP、HTTPS 等）；
    • 多个 Worker 进程并行工作，通过竞争机制处理请求；
    • 数量可通过配置文件指定（通常设为与 CPU 核心数一致，充分利用多核资源）。

配置示例：

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# 工作进程数量（推荐设为CPU核心数）
worker_processes 4;

通过ps命令可查看进程状态：

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ps -ef | grep nginx
# 输出示例：1个Master进程 + 4个Worker进程
501  4106     1   0 10:43上午 ??         0:00.01 nginx: master process nginx
501 11007  4106   0  5:00下午 ??         0:00.00 nginx: worker process
501 11008  4106   0  5:00下午 ??         0:00.00 nginx: worker process
501 11009  4106   0  5:00下午 ??         0:00.00 nginx: worker process
501 11010  4106   0  5:00下午 ??         0:00.00 nginx: worker process

事件驱动模型：异步非阻塞的高效处理

Nginx 的高性能核心源于其异步非阻塞的事件驱动模型，具体表现为：

  • 反应器模式（Reactor Pattern）：
    主事件循环等待操作系统通知 “套接字可读 / 可写”（如客户端请求到达或数据发送完成），再触发相应处理逻辑，避免无效等待。
  • Epoll 事件模型：
    底层采用 Linux 的epoll（或其他系统的kqueue）机制，通过回调函数替代传统的select/poll轮询，高效管理数万并发连接（单个 Worker 进程可处理数万个请求）。
  • 处理流程：
    当 Worker 进程接收请求后，若 IO 操作（如读取文件、访问后端服务）无法立即完成，会挂起当前请求，继续处理其他请求；待 IO 完成后，再回调处理结果并响应客户端，避免进程阻塞。

核心功能解析

Nginx 的三大核心功能 ——反向代理、负载均衡、动静分离，是构建高可用、高性能 Web 架构的关键。

反向代理：隐藏真实服务，统一入口

反向代理（Reverse Proxy）是指客户端请求先发送到代理服务器（Nginx），再由代理服务器转发到后端真实服务器，最终将结果返回给客户端。

  • 与正向代理的区别：
    • 正向代理：客户端主动配置代理服务器（如 VPN），代理服务器代表客户端访问目标服务器（客户端感知代理存在）；
    • 反向代理：客户端无需配置，直接访问代理服务器，代理服务器自主选择后端服务器（客户端对后端服务无感知）。
  • 核心价值：
    • 隐藏真实服务器 IP，提高安全性；
    • 统一入口，便于配置 SSL、缓存、限流等策略。

配置示例：

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server {
    listen 80;
    server_name example.com;

    # 将请求反向代理到后端服务（如Node.js服务器）
    location / {
        proxy_pass http://127.0.0.1:3000;  # 后端真实服务地址
        proxy_set_header Host $host;        # 传递客户端Host头
    }
}

负载均衡：分散压力，提升可用性

当单台服务器无法承载高并发请求时，通过负载均衡将请求分发到多台后端服务器（集群），实现压力分散和故障容错。

  • 核心价值：
    • 提高系统吞吐量，支持更多并发用户；
    • 避免单点故障，某台服务器宕机后，请求自动转发到其他正常服务器。
  • 常用调度算法：
    • 轮询（默认）：按顺序轮流分发请求到后端服务器；
    • 加权轮询：给性能好的服务器分配更高权重（如server 192.168.1.101 weight=3;）；
    • IP 哈希：同一客户端 IP 始终分发到同一服务器（解决会话保持问题）。

配置示例：

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# 定义后端服务器集群
upstream backend_servers {
    server 192.168.1.101:8080;  # 服务器1
    server 192.168.1.102:8080;  # 服务器2
    server 192.168.1.103:8080 down;  # 标记为不可用
}

server {
    listen 80;
    server_name example.com;

    # 将请求负载均衡到后端集群
    location / {
        proxy_pass http://backend_servers;
    }
}

动静分离：加速解析，优化资源利用

动静分离是指将静态资源（HTML、CSS、JS、图片等）和动态资源（PHP、Java 等动态生成的内容）由不同服务器或路径处理，提高解析效率。

  • 核心价值：
    • 静态资源可通过 Nginx 直接返回（无需调用后端服务），减少后端压力；
    • 动态资源由应用服务器处理，专注于业务逻辑。

配置示例：

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server {
    listen 80;
    server_name example.com;

    # 静态资源（直接读取本地文件）
    location ~* \.(html|css|js|png|jpg)$ {
        root /usr/local/nginx/html/static;  # 静态资源目录
        expires 1d;  # 设置缓存过期时间（1天），减少重复请求
    }

    # 动态资源（代理到后端PHP服务器）
    location ~ \.php$ {
        proxy_pass http://192.168.1.200:9000;  # PHP-FPM地址
    }
}

Nginx 的优势总结

Nginx 之所以成为主流选择，核心优势体现在：

  1. 高性能：异步非阻塞模型支持数万并发连接，内存占用低；
  2. 高可靠：多进程模型确保单个 Worker 进程崩溃不影响整体服务；
  3. 灵活性：支持反向代理、负载均衡、动静分离等多种功能，配置简单；
  4. 扩展性：可通过模块扩展（如 SSL、压缩、限流）满足复杂场景需求。

Nginx概念

Nginx 是一款面向性能设计的 HTTP 服务器，相较于 Apache、lighttpd 具有占有内存少，稳定性高等优势，同时也是一个非常高效的反向代理、负载平衡服务器

nginx使用的是反应器模式，主事件循环等待操作系统发出准备事件的信号，这样数据就可以从套接字读取，在该实例中读取到缓冲区并进行处理，单个线程可以提供数万个并发连接

nginx在启动后会有一个master进程和多个worker进程，是以多进程的方式来进行工作的，master进程来读取及评估配置和维持，worker进程来处理请求

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worker_processes  4;

可以看到现在就有四个worker进程了

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ps -ef | grep nginx
 501  4106     1   0 10:43上午 ??         0:00.01 nginx: master process nginx
 501 11007  4106   0  5:00下午 ??         0:00.00 nginx: worker process
 501 11008  4106   0  5:00下午 ??         0:00.00 nginx: worker process
 501 11009  4106   0  5:00下午 ??         0:00.00 nginx: worker process
 501 11010  4106   0  5:00下午 ??         0:00.00 nginx: worker process

master进程主要用来管理worker进程，多个worker进程来竞争客户端的请求

每个worker进程能够使用异步非阻塞的方式处理多个客户端请求，当某个worker进程接收到客户端的请求后，会调用IO进行处理，如果不能立即得到结果，worker进程就会去处理其他请求。当IO返回结果后，会通知worker进程，而worker进程得到通知后，就会挂起当前正在处理的事务，拿IO返回结果去响应客户端请求。worker进程采用的是epoll事件驱动模型和IO进行通信的，底层使用回调callback替代轮询，效率会高于select模型

反向代理

对于正向代理来说，需要在浏览器配置代理服务器，通过代理服务器去访问目标服务器，而反向代理是不需要在浏览器进行配置的，浏览器对此是无感知的，只需要将请求发送到反向代理服务器，再由反向代理服务器去选择目标服务器获取数据后，再返回给客户端，对外暴露的是反向代理服务器的地址，隐藏了真实服务器的IP地址

负载均衡

在最初项目起步的时候，是由客户端访问单个服务器，但是由于并发以及高可用的一些要求，需要增加服务器的数量，将请求分发到不同的服务器上，此时将原本一个服务器的压力分散到多个服务器上，就是负载均衡

动静分离

为了加快网站的解析速度，把动态页面和静态页面由不同的服务器解析，来加快解析速度

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