1. nginx简介
Nginx是一个高性能的HTTP和反向代理服务器和IMAP、POP3、SMTP服务器。Nginx 是由 Igor Sysoev 为俄罗斯访问量第二的 Rambler.ru 站点开发的，第一个公开版本0.1.0发布于2004年10月4日。其将源代码以类BSD许可证的形式发布，因它的稳定性、丰富的功能集、示例配置文件和低系统资源的消耗而闻名。
Nginx以事件驱动的方式编写，所以有非常好的性能，但同时也是一个非常高效的反向代理、负载均衡服务器。在性能上nginx占用的系统资源较少，可以支持更多的并发连接，实现更高的访问效率。在功能上，nginx是优秀的代理服务器和负载均衡服务器，在安装配置上，nginx的安装简单、配置灵活。
Nginx支持热部署，启动速度特别快，还可以在不间断服务的情况下对软件版本或配置进行升级，即使运行数月也无需重新启动。
2. nginx的工作原理
Nginx Web服务器最主要的就是各种模块的工作，模块从结构上分为核心模块、基础模块和第三方模块，其中三类模块分别如下：
- 核心模块：HTTP模块、EVENT模块、MAIL模块
- 基础模块：HTTP Access模块、HTTP FastCGI模块、HTTP Proxy模块和HTTP Rewrite模块
- 第三方模块：HTTP Upstream Request Hash模块、Notice模块、HTTP Rewrite Key模块
用户根据自己的需求开发的模块都是属于第三方的模块。
Nginx从功能上分为如下三类：
- Handlers(处理器模块)：此类模块直接处理请求，并进行输出内容和修改headers信息等操作。Handlers处理器模块一般只能有一个。
- Filters(过滤器模块)：此类模块主要对其他处理器模块输出的内容进行修改操作，最后由nginx输出
- Proxies(代理类模块)：此类模块是Nginx的HTTP Upstream之类的模块，这些模块主要与后端一些服务比如FastCGI等进行交互，实现服务代理和负载均衡等功能。
Nginx本身做的工作其实不多，当它接到一个HTTP请求的时候，它仅是通过查找配置文件将此请求映射到一个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。通常一个location中的指令会涉及到一个handler模块和多个filter模块(多个location可以重复用同一个模块)。handler模块负责处理请求，完成响应内容的生成，而filter模块对响应内容进行处理。如图：
nginx的高并发得益于其采用了epoll模型，与传统的服务器程序架构不同，epoll是linux2.6以后才出现的，Nginx采用epoll模型，异步非阻塞，而apache采用的是select模型。
select的特点：select选择句柄的时候，是遍历所有的句柄，也就是说句柄有事件响应的时候，select需要遍历所有的句柄才能获取到哪些句柄有事件通知，因此效率比较低。
epoll的特点：epoll对于句柄事件的选择不是遍历的，是事件响应的，就是句柄上事件来就会马上选择出来，不需要去遍历整个句柄链表，因此效率比较高。
Nginx默认是80端口，启动一个master进程，同时有master进程生成多个工作进程，当浏览器发起一个HTTP连接请求，每个进程都有可能处理这个连接，怎么做到的呢？怎么保证同一时刻一个HTTP请求被一个工作进程处理呢。
首先每个worker进程都是从Master进程fork出来，在Master进程里面，建立好需要listen的socket（listenfd）之后，会fork出多个worker进程。所有worker进程的listenfd会在新连接到来时变得可读，为保证只有一个进程处理该连接，所有worker进程在注册listenfd读事件前抢accept_mutex，抢到互斥锁的那个进程注册listenfd读事件，在读事件里调用accept接受该连接。
Nginx默认采用多进程工作方式，Nginx启动后，会运行一个master进程和多个worker进程。其中master充当整个进程组与用户的交互接口，同时对进程进行监护，管理worker进程来实现重启服务、平滑升级、更换日志文件、配置文件实时生效等功能。worker用来处理基本的网络事件，worker之间是平等的，他们共同竞争来处理来自客户端的请求。
当一个worker进程在accept这个连接之后，就开始读取请求、解析请求、处理请求，产生数据后，再返回给客户端，最后才断开连接，这样形成一个完整的请求流程。如图：
请求到来时，如何分配均分worker进程来处理他们？
在创建master进程时，先建立需要监听的socket（listenfd），然后从master进程中fork()出多个worker进程，如此一来每个worker进程多可以监听用户请求的socket。一般来说，当一个连接进来后，所有在Worker都会收到通知，但是只有一个进程可以接受这个连接请求，其它的都失败，这是所谓的惊群现象。nginx提供了一个accept_mutex（互斥锁），有了这把锁之后，同一时刻，就只会有一个进程在accpet连接，这样就不会有惊群问题了。
先打开accept_mutex选项，只有获得了accept_mutex的进程才会去添加accept事件。nginx使用一个叫ngx_accept_disabled的变量来控制是否去竞争accept_mutex锁。ngx_accept_disabled = nginx单进程的所有连接总数 / 8 -空闲连接数量，当ngx_accept_disabled大于0时，不会去尝试获取accept_mutex锁，ngx_accept_disable越大，于是让出的机会就越多，这样其它进程获取锁的机会也就越大。不去accept，每个worker进程的连接数就控制下来了，其它进程的连接池就会得到利用，这样，nginx就控制了多进程间连接的平衡。
每个worker进程都有一个独立的连接池，连接池的大小是worker_connections。这里的连接池里面保存的其实不是真实的连接，它只是一个worker_connections大小的一个ngx_connection_t结构的数组。并且，nginx会通过一个链表free_connections来保存所有的空闲ngx_connection_t，每次获取一个连接时，就从空闲连接链表中获取一个，用完后，再放回空闲连接链表里面。一个nginx能建立的最大连接数，应该是worker_connections * worker_processes。当然，这里说的是最大连接数，对于HTTP请求本地资源来说，能够支持的最大并发数量是worker_connections * worker_processes，而如果是HTTP作为反向代理来说，最大并发数量应该是worker_connections * worker_processes/2。因为作为反向代理服务器，每个并发会建立与客户端的连接和与后端服务的连接，会占用两个连接。
3. nginx的特点
- 跨平台：Nginx可以再大多数Unix like OS编译运行，windows上也可以
- 配置简单，上手容易
- 非阻塞、高并发连接、事件驱动：select，poll， epoll， kqueue，/dev/poll
- 事件驱动
- master/worker结构
- 内存消耗较少
- 成本低廉
- 内置健康检查功能
- 节省带宽
- 稳定性高
- 支持mmap
- 支持文件AIO（异步I/O）
- 支持sendfile，sendfile64
- nginx代理和后端WEB服务器间无需长连接
- 接收用户请求是异步的，就是说先将用户请求全部接收下来，再一次性发送后端web服务器，极大的减轻了后端web服务器的压力
- 发送响应报文时，是边接收来自后端web服务器的数据，边发送给客户端
- 网络依赖低，nginx对网络的依赖程度非常低，理论上只要能ping通就可以实施负载均衡，可以有效的区分内网和外网流量
- 支持服务器检测，nginx能够根据应用服务器处理页面返回状态码、超时信息等检测服务器是否出现故障，并及时返回错误的请求重新提交到其他的节点上
4. nginx常用的功能
4.1 HTTP代理，反向代理
nginx在做反向代理的时候，提供性能稳定，并且能够提供灵活的转发功能。Nginx可以根据不同的正则表达式进行匹配，采取不同的转发策略，比如图片文件结尾的走文件服务器，动态页面走web服务器。nginx也可以对返回的结果进行错误跳转，异常判断等。如果备分发的服务器也存在异常，它可以将请求重新转发到另外一台服务器，然后去自动去除异常服务器。
正向代理：用户想从服务器拿取资源，但是只能够通过proxy服务器才能拿到，所以用户A只能去访问proxy服务器，然后通过proxy服务器去B拿取数据，是通过访问代理服务器最后访问外网的。正向代理最大的特点是客户端非常明确要访问服务器地址，服务器只是清楚来自那个一个代理服务器，而不清楚来自哪一个客户端，正向代理模式屏蔽或者隐藏了真实客户端的信息。
反向代理：反向代理其实就是客户端去访问服务器时，他并不知道会访问哪一台，感觉就是客户端访问了Proxy一样，而实则就是当proxy关口拿到用户请求的时候会转发到代理服务器中的随机（算法）某一台。而在用户看来，他只是访问了Proxy服务器而已，典型的例子就是负载均衡了。反向代理，主要用于服务器集群分布式部署的情况下，反向代理隐藏了服务器的信息！
4.2 负载均衡
Nginx提供的负载均衡策略有2种：内置策略和扩展策略
内置策略为轮询，加权轮询，IP hash。
- weight轮询(默认)：接收到的请求按照顺序逐一分配到不同的后端服务器，即使在使用的过程中，某一台机器宕机了，nginx会自动把该服务器剔除队列，请求受理不会收到任何影响。这种方式可以给不同的服务器设置一个权重值，用于调整不同的服务器上请求的分配率，权重数据越大，被分配到请求的几率越大。
- ip_hash：每个请求按照发起客户端的ip的hash结果进行匹配，这样的算法下一个固定IP地址的客户端总会访问到同一个后端服务器，这在一定程度上解决了集群部署环境下session共享的问题。
- fair：智能调整调度算法，动态的根据服务器的请求处理到响应时间进行均衡分配，响应时间短处理效率高的服务器分配到请求的概率会更高，相反处理时间长处理效率低分配到的请求会少。结合了前两者的优点的一种调度算法。但是需要注意的是nginx默认不支持fair算法，如果要使用这种调度算法，请安装upstream_fair模块。
- url_hash：按照访问的url的hash结果分配请求，每个请求的url会指向后端固定的某个服务器，可以在nginx作为静态服务器的情况下提高缓存效率。同样要注意nginx默认不支持这种调度算法，要使用的话需要安装nginx的hash软件包
Ip hash算法，对客户端请求的ip进行hash操作，然后根据hash结果将同一个客户端ip的请求分发给同一台服务器进行处理，可以解决session不共享的问题。
4.3 web缓存
Nginx可以对不同的文件做不同的缓存处理，配置灵活，并且支持FastCGI_Cache，主要用于对FastCGI的动态程序进行缓存。配合着第三方的ngx_cache_purge，对制定的URL缓存内容可以的进行增删管理。