本文主要幫助大家熟悉 Nginx 有哪些應用場景、Nginx 特點和架構模型以及相關流程、Nginx 定制化開發的幾種模塊分類。

本文將圍繞如下幾個部分進行講解：

• Nginx 簡介及特點
• Nginx 應用場景
• Nginx 框架模型介紹
• Nginx 內部流程介紹
• Nginx 自定義模塊開發介紹
• Nginx 核心時間點模塊介紹
• Nginx 分流模塊介紹
• Nginx 動態 upstream 模塊介紹
• Nginx query_upstrem 模塊介紹
• Nginx query_conf 模塊介紹
• Nginx 共享內存支持 Redis 協議模塊介紹
• Nginx 日志回放壓測工具介紹

Nginx 簡介以及特點

Nginx (engine x) 是一個高性能的 Web 服務器和反向代理服務器，也是一個 IMAP/POP3/SMTP 服務器：

• 它由俄羅斯程序員 Igor Sysoev 于 2002 年開始開發。
• Nginx 是增長最快的 Web 服務器，市場份額已達 33.3%。
• 全球使用量排名第二，2011 年成立商業公司。

Nginx 社區分支：

• Openresty：作者 @agentzh(章宜春)開發的，最大特點是引入了 ngx_lua 模塊，支持使用 Lua 開發插件，并且集合了很多豐富的模塊，以及 Lua 庫。
• Tengine：主要是淘寶團隊開發。特點是融入了因淘寶自身的一些業務帶來的新功能。
• Nginx 官方版本，更新迭代比較快，并且提供免費版本和商業版本。

Nginx 源碼結構(代碼量大約 11 萬行 C 代碼)：

• 源代碼目錄結構 Core(主干和基礎設置)
• Event(事件驅動模型和不同的 IO 復用模塊)
• HTTP(HTTP 服務器和模塊)
• Mail(郵件代理服務器和模塊)
• OS(操作系統相關的實現)
• Misc(雜項)

Nginx 特點如下：

• 反向代理，負載均衡器
• 高可靠性、單 Master 多 Worker 模式
• 高可擴展性、高度模塊化
• 非阻塞
• 事件驅動
• 低內存消耗
• 熱部署

Nginx 應用場景

Nginx 的應用場景如下：

• 靜態文件服務器
• 反向代理，負載均衡
• 安全防御
• 智能路由(企業級灰度測試、地圖 POI 一鍵切流)
• 灰度發布
• 靜態化
• 消息推送
• 圖片實時壓縮
• 防盜鏈

Nginx 框架模型介紹

進程組件角色：

• Master 進程：監視工作進程的狀態;當工作進程死掉后重啟一個新的;處理信號和通知工作進程。
• Worker 進程：處理客戶端請求，從主進程處獲得信號做相應的事情。
• Cache Loader 進程：加載緩存索引文件信息，然后退出。
• Cache Manager進程：管理磁盤的緩存大小，超過預定值大小后最少使用數據將被刪除。

Nginx 的框架模型如下圖：

框架模型流程如下圖：

Nginx 內部流程介紹

Nginx 框架模型流程如下圖：

Master 初始化流程，如下圖：

Worker 初始化：

Worker 初始化流程圖如下：

靜態文件請求 IO 流程如下圖：

HTTP 請求流程如下圖：

HTTP 請求 11 個階段，如下圖所示：

upstream模塊：

• 訪問第三方 Server 服務器
• 底層 HTTP 通信非常完善
• 異步非阻塞
• 上下游內存零拷貝，節省內存
• 支持自定義模塊開發

upstream 框架流程，如下圖：

upstream 內部流程，如下圖：

反向代理流程，如下圖：

Nginx 定制化模塊開發

Nginx 的模塊化設計特點如下：

• 高度抽象的模塊接口
• 模塊接口非常簡單，具有很高的靈活性
• 配置模塊的設計
• 核心模塊接口的簡單化
• 多層次、多類別的模塊設計

內部核心模塊：

Handler 模塊：接受來自客戶端的請求并構建響應頭和響應體。

Filter 模塊：過濾(filter)模塊是過濾響應頭和內容的模塊，可以對回復的頭和內容進行處理。它的處理時間在獲取回復內容之后，向用戶發送響應之前。

Upstream 模塊：使 Nginx 跨越單機的限制，完成網絡數據的接收、處理和轉發，純異步的訪問后端服務。

Load_Balance：負載均衡模塊，實現特定的算法，在眾多的后端服務器中，選擇一個服務器出來作為某個請求的轉發服務器。

ngx_lua 模塊：

• 腳本語言
• 內存開銷小
• 運行速度快
• 強大的 Lua 協程
• 非阻塞
• 業務邏輯以自然邏輯書寫

定制化開發 Demo

Handler 模塊：

• 編寫 config 文件
• 編寫模塊產生內容響應信息

#配置文件： server { ... location test { test_counter on; } } #config ngx_addon_name=ngx_http_test_module HTTP_MODULES="$HTTP_MODULES ngx_http_test_module" NGX_ADDON_SRCS="$NGX_ADDON_SRCS $ngx_addon_dir/ngx_http_test_module.c" #ngx_http_test_module.c static ngx_int_t ngx_http_test_handler(ngx_http_request_t *r) { ngx_int_t rc; ngx_buf_t *b; ngx_chain_t out; ngx_http_test_conf_t *lrcf; ngx_str_t ngx_test_string = ngx_string("hello test"); lrcf = ngx_http_get_module_loc_conf(r, ngx_http_test_module); if ( lrcf->test_counter == 0 ) { return NGX_DECLINED; } /* we response to 'GET' and 'HEAD' requests only */ if ( !(r->method & (NGX_HTTP_GET|NGX_HTTP_HEAD)) ) { return NGX_HTTP_NOT_ALLOWED; } /* discard request body, since we don't need it here */ rc = ngx_http_discard_request_body(r); if ( rc != NGX_OK ) { return rc; } /* set the 'Content-type' header */ /* *r->headers_out.content_type.len = sizeof("text/html") - 1; *r->headers_out.content_type.data = (u_char *)"text/html"; */ ngx_str_set(&r->headers_out.content_type, "text/html"); /* send the header only, if the request type is http 'HEAD' */ if ( r->method == NGX_HTTP_HEAD ) { r->headers_out.status = NGX_HTTP_OK; r->headers_out.content_length_n = ngx_test_string.len; return ngx_http_send_header(r); } /* set the status line */ r->headers_out.status = NGX_HTTP_OK; r->headers_out.content_length_n = ngx_test_string.len; /* send the headers of your response */ rc = ngx_http_send_header(r); if ( rc == NGX_ERROR || rc > NGX_OK || r->header_only ) { return rc; } /* allocate a buffer for your response body */ b = ngx_pcalloc(r->pool, sizeof(ngx_buf_t)); if ( b == NULL ) { return NGX_HTTP_INTERNAL_SERVER_ERROR; } /* attach this buffer to the buffer chain */ out.buf = b; out.next = NULL; /* adjust the pointers of the buffer */ b->pos = ngx_test_string.data; b->last = ngx_test_string.data + ngx_test_string.len; b->memory = 1; /* this buffer is in memory */ b->last_buf = 1; /* this is the last buffer in the buffer chain */ /* send the buffer chain of your response */ return ngx_http_output_filter(r, &out); }

Nginx 核心時間點模塊介紹

解決接入層故障定位慢的問題，幫助 OP 快速判定問題根因，優先自證清白，提高接入層高效的生產力。

Nginx 分流模塊介紹

Nginx 分流模塊特點如下：

• 實現非常靈活的動態的修改策略從而進行切流量。
• 實現平滑無損的方式進行流量的切換。
• 通過秒級切換流量可以縮小影響范圍，從而減少損失。
• 按照某一城市或者某個特征，秒級進行切換流量或者禁用流量。
• 容忍單機房級別容量故障，縮短了單機房故障的止損時間。
• 快速的將流量隔離或者流量抽樣。
• 高效的灰度測試，提高生產力。

Nginx 動態 upstream 模塊介紹

讓接入層可以適配動態調度的云環境，實現服務的平滑上下線、彈性擴/縮容。

從而提高接入層高效的生產力以及穩定性，保證業務流量的平滑無損。

Nginx query_upstream 模塊介紹

鏈路追蹤，梳理接口到后端鏈路的情況。查詢 location 接口對應 upstream server 信息。

Nginx query_conf 模塊介紹

獲取 Nginx 配置文件格式化為 json 格式信息：

Nginx 共享內存支持 Redis 協議模塊介紹

根據配置文件來動態的添加共享內存：

https://github.com/lidaohang/ngx_shm_dict

ngx_shm_dict：共享內存核心模塊(紅黑樹，隊列)

ngx_shm_dict_manager：添加定時器事件，定時的清除共享內存中過期的 Key，添加讀事件，支持 Redis 協議，通過 redis-cli get，set，del，ttl

ngx_shm_dict_view：共享內存查看

Nginx 日志回放壓測工具

解析日志進行回放壓測，模擬后端服務器慢等各種異常情況 ：

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

方案說明：

• 客戶端解析 access.log 構建請求的 host，port，url，body。
• 把后端響應時間，后端響應狀態碼，后端響應大小放入 header 頭中。
• 后端服務器獲取相應的 header，進行模擬響應 body 大小，響應狀態碼，響應時間。

使用方式：

• 拷貝需要測試的 access.log 的日志到 logs 文件夾里面。
• 搭建需要測試的 Nginx 服務器，并且配置 upstream 指向后端服務器端口
• 啟動后端服務器實例

server/backserver/main.go

• 進行壓測

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

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總結

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