nginx学习笔记之一：nginx介绍及其编译安装

Nginx是一款高性能的web服务器、反向代理服务器及电子邮件（IMAP/POP3）代理服务器，具有占用内存少，并发能力强等优点。

一、nginx相关网站
官网：http://nginx.org/
官方文档：http://nginx.org/en/docs/
中文文档：http://tengine.taobao.org/nginx_docs/cn/docs/

二、nginx的功能与特性
1、基本功能及特性
①作为静态资源的web服务器，能缓存打开的文件描述符；
②作为反向代理服务器，可做缓存、负载均衡；
③支持FastCGI
④模块化，非DSO机制（不能动态装卸载），过滤器gzip，SSI和图像大小调整等
⑤支持SSL
2、扩展功能：
①基于名称和IP做虚拟主机
②支持keepalive
③支持平滑配置更新或程序版本升级
④定制访问日志，支持使用日志缓存以提高性能
⑤支持url rewrite
⑥支持路径别名
⑦支持基于IP及用户的认证；
⑧支持速率限制，并发限制等；

三、nginx的进程模型


传统上基于进程或线程模型架构的web服务通过每进程或每线程处理并发连接请求，生成一个新的进程/线程需要事先备好其运行时环境，这包括为其分配堆内存和栈内存，以及为其创建新的执行上下文等。这些操作都需要占用CPU，过多的进程/线程还会带来线程抖动或频繁的上下文切换，系统性能也会由此进一步下降。
◆nginx会运行一个主进程(master)和若干个由其fork出来的工作进程(worker)，配置了缓存时还会有缓存加载器进程(cache loader)和缓存管理器进程(cache manager)等。所有进程均是仅含有一个线程，并主要通过“共享内存”的机制实现进程间通信。连接请求就由为数不多的几个仅包含一个线程的worker进程以高效的回环(run-loop)机制进行处理，这样就不会引起很多的进程/线程上下文切换，从而降低了系统开销。每个线程内部对socket的管理方式是异步非阻塞的，使用epoll事件驱动机制来实现对大量socket描述符的管理，当描述符多的时候也只是会占用较多的内存而已，而不会造成占用大量cpu时间，这就是nginx并发能力强的原因。每个worker可以并行处理数千个的并发连接及请求。
每个worker进程是平等的，当有连接请求进来，交由哪个worker处理呢？master进程在建立需要listen的socket之后，fork出若干个worker进程，所有worker进程会抢互斥锁，抢到的的接受并处理连接请求，返回数据给客户端，最后断开连接，一个请求只在由一个worker处理。
worker数是可以设置的：如果负载以CPU密集型应用为主，如SSL或压缩应用，则worker数应与CPU数相同；如果负载以IO密集型为主，如响应大量内容给客户端，则worker数应该为CPU个数的1.5或2倍。
主进程以root用户身份运行，而worker、cache loader和cache manager均应以非特权用户身份运行。
主进程主要完成如下工作：
①读取并验正配置信息；
②创建、绑定及关闭套接字；
③启动、终止及维护worker进程的个数；
④无须中止服务而重新配置工作特性；
⑤控制非中断式程序升级，启用新的二进制程序并在需要时回滚至老版本；
⑥重新打开日志文件，实现日志滚动；
⑦编译嵌入式perl脚本；
worker进程主要完成的任务包括：
①接收、传入并处理来自客户端的连接；
②提供反向代理及过滤功能；
③nginx任何能完成的其它任务；
cache loader进程主要完成的任务包括：
①检查缓存存储中的缓存对象；
②使用缓存元数据建立内存数据库；
cache manager进程的主要任务：
①缓存的失效及过期检验；

◆nginx支持sendfile和mmap
sendfile()：
在传统的网络文件传输方式中，文件数据实际上是经过了四次copy操作：
硬盘—>内核buffer—>用户buffer—>socket相关缓冲区—>协议引擎
而sendfile系统调用则提供了一种减少以上多次copy，提升文件传输性能的方法：
硬盘—>内核buffer—>socket相关缓冲区—>协议引擎


在内核版本2.4之后，sendfile实现了更简单的方式，系统调用方式仍然一样，细节与2.1版本的不同之处在于，当文件数据被复制到内核缓冲区时，不再将所有数据copy到socket相关的缓冲区，而是仅仅将记录数据位置和长度相关的数据保存到socket相关的缓存，而实际数据将由DMA模块直接发送到协议引擎，再次减少了一次copy操作。




mmap()：内存映射
进程访问文件的传统方法是，先由进程向内核发起系统调用，内核将文件由磁盘加载到内核缓冲区，再copy一个副本到进程空间（用户空间），如果有多个进程访问同一个文件, 则每一个进程在自己的地址空间都包含有该文件的副本，这不必要地浪费了存储空间。
mmap()系统调用使得进程之间通过映射同一个普通文件实现共享内存。内核缓冲区中的普通文件被映射到进程地址空间后，进程可以向访问普通内存一样对文件进行访问，不必再调用read()，write()等操作。

四、nginx的模块和工作原理
nginx代码是由内核和一系列的模块组成, nginx内核主要用于提供Web Server的基本功能，以及Web和Mail反向代理的功能；还用于启用网络协议，创建必要的运行时环境以及确保不同的模块之间平滑地进行交互。不过，大多跟协议相关的功能和某应用特有的功能都是由nginx的模块实现的。
◆nginx模块从结构上分为：
核心模块
http模块
http标准模块
http可选模块
如 http_stub_status_module，http_ssl_module，http_gzip_static_module
邮件模块
第三方扩展模块
◆nginx模块从功能上分为：
handlers：此类模块直接处理请求，并生成内容
filter：此类模块对其它handlers生成的内容进行修改，最后由nginx输出
proxies：此类模块主要与后端服务如fastcgi进行交互，实现服务代理和负载均衡等功能

nginx内核仅仅是通过查找配置文件将http请求映射到一个location block，而此location中所配置的各个指令则会启动不同的模块去完成工作，可以说nginx模块才是真正的劳动者。



模块化设计是nginx的一个重要特点。要注意的是：nginx的模块是静态的，添加和删除模块都要对nginx进行重新编译，这一点与Apache的动态模块不同

五、nginx编译安装
1、解决依赖关系
yum -y groupinstall "Development Tools" "Server Platform Development"
yum -y install gcc pcre-devel openssl-devel zlib-devel
nginx的rewrite模块和http核心模块会用到PCRE正则表达式语法，所以要安装pcre-devel，PCRE(Perl Compatible Regular Expressions)是一个轻量级的Perl函数库
2、添加用户nginx，实现以之运行nginx服务进程
useradd -r -s /sbin/nologin nginx

3、到官网下载源码包，解压并编译、安装
tar xf nginx-1.10.2.tar.gz
cd nginx-1.10.2

./configure \
--prefix=/usr/local/nginx-1.10.2 \
--error-log-path=/var/log/nginx/error.log \
--http-log-path=/var/log/nginx/access.log \
--pid-path=/var/run/nginx/nginx.pid \
--lock-path=/var/lock/nginx.lock \
--user=nginx \ #指定以什么身份运行worker进程
--group=nginx \
--with-http_ssl_module \
--with-http_flv_module \ #流媒体模块
--with-http_stub_status_module \ #监控运行状态的模块
--with-http_gzip_static_module \
--http-client-body-temp-path=/usr/local/nginx/client \ #临时包体的暂存路径
--http-proxy-temp-path=/usr/local/nginx/proxy \
--http-fastcgi-temp-path=/usr/local/nginx/fcgi \
--http-uwsgi-temp-path=/usr/local/nginx/uwsgi \
--http-scgi-temp-path=/usr/local/nginx/scgi \
--with-pcre
make && make install
ln -s /usr/local/nginx-1.10.2 /usr/local/nginx

◆说明：
①Nginx可以使用Tmalloc(快速、多线程的malloc库及优秀性能分析工具)来加速内存分配，使用此功能需要事先安装gperftools，而后在编译nginx添加--with-google_perftools_module选项即可。
②如果想使用nginx的perl模块，可以通过为configure脚本添加--with-http_perl_module选项来实现，但目前此模块仍处于实验性使用阶段，可能会在运行中出现意外
4、提供服务脚本并添加开机自动启动
vim /etc/rc.d/init.d/nginx
...
chmod +x /etc/rc.d/init.d/nginx
chkconfig --add nginx
chkconfig on nginx
其它操作：
vim /etc/profile.d/nginx.sh
export PATH=$PATH:/usr/local/nginx/sbin #更新PATH环境变量
ln -s /usr/local/nginx/conf /etc/nginx/conf #创建配置文件目录的软链接，便于访问
5、启动服务
service nginx start
6、nginx命令
用法：nginx [option]...
常用选项：
-p prefix：set prefix path，默认是安装时指定的路径
-c filename：指定配置文件，默认从安装时指定的路径下寻找
-t：配置文件检查
-v：显示nginx版本
-V：显示nginx版本及安装时配置的参数

[root@node1 ~]# yum -y groupinstall "Development Tools" "Server Platform Development"
...
[root@node1 ~]# yum -y install pcre-devel
...
[root@node1 ~]# useradd -r nginx
[root@node1 ~]# id nginx
uid=496(nginx) gid=493(nginx) groups=493(nginx)
[root@node1 ~]# tar xf nginx-1.10.2.tar.gz
[root@node1 ~]# cd nginx-1.10.2
[root@node1 nginx-1.10.2]# ls
auto  CHANGES  CHANGES.ru  conf  configure  contrib  html  LICENSE  man  README  src
[root@node1 nginx-1.10.2]# ./configure --prefix=/usr/local/nginx-1.10.2 \
> --error-log-path=/var/log/nginx/error.log \
> --http-log-path=/var/log/nginx/access.log \
> --pid-path=/var/run/nginx/nginx.pid \
> --lock-path=/var/lock/nginx.lock \
> --user=nginx \
> --group=nginx \
> --with-http_ssl_module \
> --with-http_flv_module \
> --with-http_stub_status_module \
> --with-http_gzip_static_module \
> --http-client-body-temp-path=/usr/local/nginx/client \
> --http-proxy-temp-path=/usr/local/nginx/proxy \
> --http-fastcgi-temp-path=/usr/local/nginx/fcgi \
> --http-uwsgi-temp-path=/usr/local/nginx/uwsgi \
> --http-scgi-temp-path=/usr/local/nginx/scgi \
> --with-pcre
...
[root@node1 nginx-1.10.2]# make && make install
...
[root@node1 nginx-1.10.2]# ln -s /usr/local/nginx-1.10.2 /usr/local/nginx
[root@node1 nginx-1.10.2]# cd /usr/local/nginx/
[root@node1 nginx]# ls
conf  html  sbin
[root@node1 nginx]# ls conf
fastcgi.conf          fastcgi_params          koi-utf  mime.types          nginx.conf          scgi_params          uwsgi_params          win-utf
fastcgi.conf.default  fastcgi_params.default  koi-win  mime.types.default  nginx.conf.default  scgi_params.default  uwsgi_params.default
[root@node1 nginx]# ls sbin
nginx    #主程序
[root@node1 nginx]# ls html/
50x.html  index.html
[root@node1 nginx]# vim /etc/profile.d/nginx.sh

export PATH=$PATH:/usr/local/nginx/sbin
[root@node1 nginx]# source !$
[root@node1 nginx]# ln -s /usr/local/nginx/conf /etc/nginx/conf
[root@node1 nginx]# vim /etc/rc.d/init.d/nginx
...
[root@node1 nginx]# chmod +x !$
chmod +x /etc/rc.d/init.d/nginx
[root@node1 nginx]# chkconfig --add nginx
[root@node1 nginx]# chkconfig nginx on
[root@node1 nginx]# service nginx start
Starting nginx:                            [  OK  ]
[root@node1 nginx]# ss -tnl
State       Recv-Q Send-Q                Local Address:Port             Peer Address:Port
...
LISTEN      0      128                   *:80                 *:*
[root@node1 nginx]# nginx -v
nginx version: nginx/1.10.2