【大型网站技术实践】初级篇：借助Nginx搭建反向代理服务器
一、反向代理：Web服務器的“經紀人”
1.1 反向代理初印象
反向代理（Reverse Proxy）方式是指以代理服務器來接受internet上的連接請求，然后將請求轉發給內部網絡上的服務器，并將從服務器上得到的結果返回給internet上請求連接的客戶端，此時代理服務器對外就表現為一個服務器。
從上圖可以看出：反向代理服務器位于網站機房，代理網站Web服務器接收Http請求，對請求進行轉發。
1.2 反向代理的作用
①保護網站安全：任何來自Internet的請求都必須先經過代理服務器；
②通過配置緩存功能加速Web請求：可以緩存真實Web服務器上的某些靜態資源，減輕真實Web服務器的負載壓力；
③實現負載均衡：充當負載均衡服務器均衡地分發請求，平衡集群中各個服務器的負載壓力；
二、初識Nginx：簡單卻不平凡
2.1 Nginx是神馬？
Nginx是一款輕量級的網頁服務器、反向代理器以及電子郵件代理服務器。其將源代碼以類BSD許可證的形式發布，因它的穩定性、豐富的功能集、示例配置文件和低系統資源的消耗而聞名。
Source：Nginx（發音同engine x），它是由俄羅斯程序員Igor Sysoev所開發的。起初是供俄國大型的門戶網站及搜索引擎Rambler（俄語：Рамблер）使用。此軟件BSD-like協議下發行，可以在UNIX、GNU/Linux、BSD、Mac OS X、Solaris，以及Microsoft Windows等操作系統中運行。
說到Web服務器，Apache服務器和IIS服務器是兩大巨頭；但是運行速度更快、更靈活的對手：Nginx?正在迎頭趕上。
2.2 Nginx的應用現狀
Nginx 已經在俄羅斯最大的門戶網站──?Rambler Media（www.rambler.ru）上運行了3年時間，同時俄羅斯超過20%的虛擬主機平臺采用Nginx作為反向代理服務器。
在國內，已經有 淘寶、新浪博客、新浪播客、網易新聞、六間房、56.com、Discuz!、水木社區、豆瓣、YUPOO、海內、迅雷在線 等多家網站使用 Nginx 作為Web服務器或反向代理服務器。
2.3 Nginx的核心特點
（1）跨平臺：Nginx 可以在大多數 Unix like OS編譯運行，而且也有Windows的移植版本；
（2）配置異常簡單：非常容易上手。配置風格跟程序開發一樣，神一般的配置；
（3）非阻塞、高并發連接：數據復制時，磁盤I/O的第一階段是非阻塞的。官方測試能夠支撐5萬并發連接，在實際生產環境中跑到2～3萬并發連接數。（這得益于Nginx使用了最新的epoll模型）；
PS：對于一個Web服務器來說，首先看一個請求的基本過程：建立連接---接收數據---發送數據，在系統底層看來 ：上述過程（建立連接---接收數據---發送數據）在系統底層就是讀寫事件。
①如果采用阻塞調用的方式，當讀寫事件沒有準備好時，必然不能夠進行讀寫事件，那么久只好等待，等事件準備好了，才能進行讀寫事件，那么請求就會被耽擱 。
②既然沒有準備好阻塞調用不行，那么采用非阻塞調用方式。非阻塞就是：事件馬上返回，告訴你事件還沒準備好呢，你慌什么，過會再來吧。好吧，你過一會，再來檢查一下事件，直到事件準備好了為止，在這期間，你就可以先去做其它事情，然后再來看看事件好了沒。雖然不阻塞了，但你得不時地過來檢查一下事件的狀態，你可以做更多的事情了，但帶來的開銷也是不小的。
（4）事件驅動：通信機制采用epoll模型，支持更大的并發連接。
①非阻塞通過不斷檢查事件的狀態來判斷是否進行讀寫操作，這樣帶來的開銷很大，因此就有了異步非阻塞的事件處理機制。這種機制讓你可以同時監控多個事件，調用他們是阻塞的，但可以設置超時時間，在超時時間之內，如果有事件準備好了，就返回。這種機制解決了上面阻塞調用與非阻塞調用的兩個問題。
②以epoll模型為例：當事件沒有準備好時，就放入epoll(隊列)里面。如果有事件準備好了，那么就去處理；如果事件返回的是EAGAIN，那么繼續將其放入epoll里面。從而，只要有事件準備好了，我們就去處理它，只有當所有事件都沒有準備好時，才在epoll里面等著。這樣，我們就可以并發處理大量的并發了，當然，這里的并發請求，是指未處理完的請求，線程只有一個，所以同時能處理的請求當然只有一個了，只是在請求間進行不斷地切換而已，切換也是因為異步事件未準備好，而主動讓出的。這里的切換是沒有任何代價，你可以理解為循環處理多個準備好的事件，事實上就是這樣的。
③與多線程方式相比，這種事件處理方式是有很大的優勢的，不需要創建線程，每個請求占用的內存也很少，沒有上下文切換，事件處理非常的輕量級，并發數再多也不會導致無謂的資源浪費（上下文切換）。對于IIS服務器，每個請求會獨占一個工作線程，當并發數上到幾千時，就同時有幾千的線程在處理請求了。這對操作系統來說，是個不小的挑戰：因為線程帶來的內存占用非常大，線程的上下文切換帶來的cpu開銷很大，自然性能就上不去，從而導致在高并發場景下性能下降嚴重。
總結：通過異步非阻塞的事件處理機制，Nginx實現由進程循環處理多個準備好的事件，從而實現高并發和輕量級。?
（5）Master/Worker結構：一個master進程，生成一個或多個worker進程。
PS：Master-Worker設計模式核心思想是將原來串行的邏輯并行化，并將邏輯拆分成很多獨立模塊并行執行。其中主要包含兩個主要組件Master和Worker，Master主要將邏輯進行拆分，拆分為互相獨立的部分，同時維護了Worker隊列，將每個獨立部分下發到多個Worker并行執行，Worker主要進行實際邏輯計算，并將結果返回給Master。
問：nginx采用這種進程模型有什么好處？
答：采用獨立的進程，可以讓互相之間不會影響，一個進程退出后，其它進程還在工作，服務不會中斷，Master進程則很快重新啟動新的Worker進程。當然，Worker進程的異常退出，肯定是程序有bug了，異常退出，會導致當前Worker上的所有請求失敗，不過不會影響到所有請求，所以降低了風險。
（6）內存消耗小：處理大并發的請求內存消耗非常小。在3萬并發連接下，開啟的10個Nginx 進程才消耗150M內存（15M*10=150M）。
（7）內置的健康檢查功能：如果 Nginx 代理的后端的某臺 Web 服務器宕機了，不會影響前端訪問。
（8）節省帶寬：支持 GZIP 壓縮，可以添加瀏覽器本地緩存的 Header 頭。
（9）穩定性高：用于反向代理，宕機的概率微乎其微。
三、構建實戰：Nginx+IIS構筑Web服務器集群的負載均衡
這里我們主要在Windows環境下，通過將同一個Web網站部署到不同服務器的IIS上，再通過一個統一的Nginx反響代理服務器對外提供統一訪問接入，實現一個最簡化的反向代理和負載均衡服務。但是，受限于實驗條件，我們這里主要在一臺計算機上進行反向代理、IIS集群的模擬，具體的實驗環境如下圖所示：我們將nginx服務和web網站都部署在一臺計算機上，nginx監聽http80端口，而web網站分別以不同的端口號（這里是8050及8060）部署在同一個IIS服務器上，用戶訪問localhost時，nginx作為反向代理將請求均衡地轉發給兩個IIS中不同端口的Web應用程序進行處理。雖然實驗環境很簡單而且有限，但是對于一個簡單的負載均衡效果而言，本文是可以達到并且展示的。
3.1 準備一個ASP.NET網站部署到IIS服務器集群中
（1）在VS中新建一個ASP.NET Web應用程序，但是為了在一臺計算機上展示效果，我們將這個Web程序復制一份，并修改兩個Web程序的Default.aspx，讓其的首頁顯示不同的一點信息。這里Web1展示的是“The First Web：”，而Web2展示的則是“The Second Web”。
（2）調試運行，看看兩個網站的效果如何？
①Web1的展示效果：
②Web2的展示效果：
③部署到IIS中，分配不同的端口號：這里我選擇了Web1:8050，Web2:8060
（3）總結：在真實環境中，構建Web應用服務器集群的實現是將同一個Web應用程序部署到Web服務器集群中的多個Web服務器上。
3.2 下載Nginx并部署到服務器中作為自啟動的Windows服務
（1）到Nginx官網下載Nginx的Windows版本：http://nginx.org/en/download.html（這里我們使用nginx/Windows-1.4.7版本進行實驗，本文底部有下載地址）
（2）解壓到磁盤任意目錄，例如這里我解壓到了：D:\Servers\nginx-1.4.7
（3）啟動、停止和重新加載服務：通過cmd以守護進程方式啟動nginx.exe：start nginx.exe，停止服務：nginx -s stop，重新加載配置：nginx -s? reload；
（4）每次以cmd方式啟動Nginx服務不符合實際要求，于是我們想到將其注冊為Windows服務，并設置為自動啟動模式。這里，我們使用一個不錯的小程序：“Windows Service Wrapper”，將nginx.exe注冊為Windows服務，具體的步湊如下：
①下載最新版的 Windows Service Wrapper 程序，比如我下載的名稱是 "winsw-1.8-bin.exe"（本文底部有下載地址），然后把它命名成你想要的名字（比如: "nginx-service.exe"，當然，你也可以不改名）
②將重命名后的 nginx-service.exe?復制到 nginx 的安裝目錄（比如，我這里是 "D:\Servers\nginx-1.4.7"）
③在同一個目錄下創建一個Windows Service Wrapper 的XML配置文件，名稱必須與第一步重命名時使用的名稱一致（比如我這里是 "nginx-service.xml", ?如果，你沒有重命名，則應該是 "winsw-1.8-bin.xml"），這個XML的內容如下：
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" ?> <service> <id>nginx</id> <name>Nginx Service</name> <description>High Performance Nginx Service</description> <executable>D:\Servers\nginx-1.4.7\nginx.exe</executable> <logpath>D:\Servers\nginx-1.4.7\</logpath> <logmode>roll</logmode> <depend></depend> <startargument>-p D:\Servers\nginx-1.4.7</startargument> <stopargument>-p D:\Servers\nginx-1.4.7 -s stop</stopargument> </service>④在命令行下執行以下命令，以便將其注冊成Windows服務：nginx-service.exe install
⑤接下來就可以在Windows服務列表看到Nginx服務了，這里我們可以將其設置為自動啟動了：
（5）總結：在Windows環境中，要對外提供的Windows服務一般都要將其啟動類型設置為自動。
3.3 修改Nginx核心配置文件nginx.conf
（1）進程數與每個進程的最大連接數：
?nginx進程數，建議設置為等于CPU總核心數 ?單個進程最大連接數，那么該服務器的最大連接數=連接數*進程數
（2）Nginx的基本配置：
?監聽端口一般都為http端口：80; ?域名可以有多個，用空格隔開：例如?server_name www.ha97.com ha97.com;
（3）負載均衡列表基本配置：
?location / {}：對aspx后綴的進行負載均衡請求，假如我們要對所有的aspx后綴的文件進行負載均衡時，可以這樣寫：location ~ .*\.aspx$ {}
?proxy_pass：請求轉向自定義的服務器列表，這里我們將請求都轉向標識為http://cuitccol.com的負載均衡服務器列表；
?在負載均衡服務器列表的配置中，weight是權重，可以根據機器配置定義權重（如果某臺服務器的硬件配置十分好，可以處理更多的請求，那么可以為其設置一個比較高的weight；而有一臺的服務器的硬件配置比較差，那么可以將前一臺的weight配置為weight=2，后一臺差的配置為weight=1）。weigth參數表示權值，權值越高被分配到的幾率越大；
（4）總結：最基本的Nginx配置差不多就是上面這些內容，當然僅僅是最基礎的配置。（詳細的配置內容請下載底部的nginx-1.4.7詳細查看）
3.4 添加Nginx對于靜態文件的緩存配置
為了提高響應速度，減輕真實服務器的負載，對于靜態資源我們可以在反向代理服務器中進行緩存，這也是反向代理服務器的一個重要的作用。
（1）緩存靜態資源之圖片文件
root /nginx-1.4.7/staticresources/image：對于配置中提到的jpg/png等文件均定為到/nginx-1.4.7/staticresources/image文件夾中進行尋找匹配并將文件返回；
expires 7d：過期時效為7天，靜態文件不怎么更新，過期時效可以設大一點，如果頻繁更新，則可以設置得小一點；
TIPS：下面的樣式、腳本緩存配置同這里一樣，只是定位的文件夾不一樣而已，不再贅述。
（2）緩存靜態資源之樣式文件
（3）緩存靜態資源之腳本文件
（4）在nginx服務文件夾中創建靜態資源文件夾，并要緩存的靜態文件拷貝進去：這里我主要將Web程序中用到的image、css以及js文件拷貝了進去；
（5）總結：通過配置靜態文件的緩存設置，對于這些靜態文件的請求可以直接從反向代理服務器中直接返回，而無需再將這些靜態資源請求轉發到具體的Web服務器進行處理了，可以提高響應速度，減輕真實Web服務器的負載壓力。
3.5 簡單測試Nginx反向代理實現負載均衡效果
（1）第一次訪問http://localhost/Default.aspx時從127.0.0.1:8050處理響應返回結果
（2）第二次訪問http://localhost/Default.aspx時從127.0.0.1:8060處理響應返回結果
（3）多次訪問http://localhost/Default.aspx時的截屏：
學習小結
在本文中，借助了Nginx這個神器簡單地在Windows環境下搭建了一個反向代理服務，并模擬了一個IIS服務器集群的負載均衡效果。從這個DEMO中，我們可以簡單地感受到反向代理為我們所做的事情，并體會負載均衡是怎么一回事。但是，在目前大多數的應用中，都會將Nginx部署在Linux服務器中，并且會做一些針對負載均衡的優化配置，這里我們所做的僅僅就是一個小小的使用而已（just修改一下配置文件）。不過，萬丈高樓平地起，前期的小小體會，也會幫助我們向后期的深入學習奠定一點點的基礎。
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參考資料
（1）丁胖胖，《圖解正向代理、反向代理與透明代理》：http://z00w00.blog.51cto.com/515114/1031287
（2）特種兵-AK47，《正向代理與反向代理的區別》：http://blog.csdn.net/m13666368773/article/details/8060481
（3）百度百科，Nginx：http://baike.baidu.com/view/926025.htm?fr=aladdin
（4）51CTO，《Nginx安裝配置與服務搭建專題》：http://os.51cto.com/art/201111/304611.htm
（5）紅黑聯盟，《Nginx配置文件nginx.conf中文詳解總結》：http://www.2cto.com/os/201212/176520.html
（6）360doc，《Linux下同步模式、異步模式、阻塞調用與非阻塞調用總結》：http://www.360doc.com/content/13/0117/12/5073814_260691714.shtml?（好文一篇，值得閱讀）
（7）e路相扶，《同步、異步、阻塞與非阻塞》：http://www.cnblogs.com/zhangjun516/archive/2013/04/17/3025902.html
（8）feitianxuxue，《處理大并發之對異步非阻塞的理解》：http://blog.csdn.net/feitianxuxue/article/details/8936802
附件下載
（1）nginx-1.4.7：http://pan.baidu.com/s/1dD2C2zB
（2）winsw-1.8-bin.exe：http://pan.baidu.com/s/1kTihzk7
（3）SimpleNginxDemo：http://pan.baidu.com/s/1bnq5oYz
來源:http://www.cnblogs.com/edisonchou/p/4126742.html
總結
以上是生活随笔為你收集整理的【大型网站技术实践】初级篇：借助Nginx搭建反向代理服务器的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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