借助Nginx搭建反向代理服務(wù)器
【大型網(wǎng)站技術(shù)實踐】初級篇：借助Nginx搭建反向代理服務(wù)器
一、反向代理：Web服務(wù)器的“經(jīng)紀(jì)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(wù)器來接受internet上的連接請求，然后將請求轉(zhuǎn)發(fā)給內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)上的服務(wù)器，并將從服務(wù)器上得到的結(jié)果返回給internet上請求連接的客戶端，此時代理服務(wù)器對外就表現(xiàn)為一個服務(wù)器。
從上圖可以看出：反向代理服務(wù)器位于網(wǎng)站機(jī)房，代理網(wǎng)站W(wǎng)eb服務(wù)器接收Http請求，對請求進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。
1.2 反向代理的作用
①保護(hù)網(wǎng)站安全：任何來自Internet的請求都必須先經(jīng)過代理服務(wù)器；
②通過配置緩存功能加速Web請求：可以緩存真實Web服務(wù)器上的某些靜態(tài)資源，減輕真實Web服務(wù)器的負(fù)載壓力；
③實現(xiàn)負(fù)載均衡：充當(dāng)負(fù)載均衡服務(wù)器均衡地分發(fā)請求，平衡集群中各個服務(wù)器的負(fù)載壓力；
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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(wǎng)頁服務(wù)器、反向代理器以及電子郵件代理服務(wù)器。其將源代碼以類BSD許可證的形式發(fā)布，因它的穩(wěn)定性、豐富的功能集、示例配置文件和低系統(tǒng)資源的消耗而聞名。
Source：Nginx（發(fā)音同engine x），它是由俄羅斯程序員Igor Sysoev所開發(fā)的。起初是供俄國大型的門戶網(wǎng)站及搜索引擎Rambler（俄語：Рамблер）使用。此軟件BSD-like協(xié)議下發(fā)行，可以在UNIX、GNU/Linux、BSD、Mac OS X、Solaris，以及Microsoft Windows等操作系統(tǒng)中運行。
說到Web服務(wù)器，Apache服務(wù)器和IIS服務(wù)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(yīng)用現(xiàn)狀
Nginx 已經(jīng)在俄羅斯最大的門戶網(wǎng)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(jī)平臺采用Nginx作為反向代理服務(wù)器。
在國內(nèi)，已經(jīng)有 淘寶、新浪博客、新浪播客、網(wǎng)易新聞、六間房、56.com、Discuz!、水木社區(qū)、豆瓣、YUPOO、海內(nèi)、迅雷在線 等多家網(wǎng)站使用 Nginx 作為Web服務(wù)器或反向代理服務(wù)器。
2.3 Nginx的核心特點
（1）跨平臺：Nginx 可以在大多數(shù) 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(fēng)格跟程序開發(fā)一樣，神一般的配置；
（3）非阻塞、高并發(fā)連接：數(shù)據(jù)復(fù)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(fā)連接，在實際生產(chǎn)環(huán)境中跑到2～3萬并發(fā)連接數(shù)。（這得益于Nginx使用了最新的epoll模型）；
PS：對于一個Web服務(wù)器來說，首先看一個請求的基本過程：建立連接---接收數(shù)據(jù)---發(fā)送數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)底層看來 ：上述過程（建立連接---接收數(shù)據(jù)---發(fā)送數(shù)據(jù)）在系統(tǒng)底層就是讀寫事件。
①如果采用阻塞調(diào)用的方式，當(dāng)讀寫事件沒有準(zhǔn)備好時，必然不能夠進(jìn)行讀寫事件，那么久只好等待，等事件準(zhǔn)備好了，才能進(jìn)行讀寫事件，那么請求就會被耽擱 。
②既然沒有準(zhǔn)備好阻塞調(diào)用不行，那么采用非阻塞調(diào)用方式。非阻塞就是：事件馬上返回，告訴你事件還沒準(zhǔn)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(zhǔn)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(tài)，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(qū)動：通信機(jī)制采用epoll模型，支持更大的并發(fā)連接。
①非阻塞通過不斷檢查事件的狀態(tài)來判斷是否進(jìn)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(jī)制。這種機(jī)制讓你可以同時監(jiān)控多個事件，調(diào)用他們是阻塞的，但可以設(shè)置超時時間，在超時時間之內(nèi)，如果有事件準(zhǔn)備好了，就返回。這種機(jī)制解決了上面阻塞調(diào)用與非阻塞調(diào)用的兩個問題。
②以epoll模型為例：當(dāng)事件沒有準(zhǔn)備好時，就放入epoll(隊列)里面。如果有事件準(zhǔn)備好了，那么就去處理；如果事件返回的是EAGAIN，那么繼續(xù)將其放入epoll里面。從而，只要有事件準(zhǔn)備好了，我們就去處理它，只有當(dāng)所有事件都沒有準(zhǔn)備好時，才在epoll里面等著。這樣，我們就可以并發(fā)處理大量的并發(fā)了，當(dāng)然，這里的并發(fā)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(dāng)然只有一個了，只是在請求間進(jìn)行不斷地切換而已，切換也是因為異步事件未準(zhǔn)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(huán)處理多個準(zhǔn)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(yōu)勢的，不需要創(chuàng)建線程，每個請求占用的內(nèi)存也很少，沒有上下文切換，事件處理非常的輕量級，并發(fā)數(shù)再多也不會導(dǎo)致無謂的資源浪費（上下文切換）。對于IIS服務(wù)器，每個請求會獨占一個工作線程，當(dāng)并發(fā)數(shù)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(tǒng)來說，是個不小的挑戰(zhàn)：因為線程帶來的內(nèi)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(dǎo)致在高并發(fā)場景下性能下降嚴(yán)重。
總結(jié)：通過異步非阻塞的事件處理機(jī)制，Nginx實現(xiàn)由進(jìn)程循環(huán)處理多個準(zhǔn)備好的事件，從而實現(xiàn)高并發(fā)和輕量級。
（5）Master/Worker結(jié)構(gòu)：一個master進(jìn)程，生成一個或多個worker進(jìn)程。
PS：Master-Worker設(shè)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(zhí)行。其中主要包含兩個主要組件Master和Worker，Master主要將邏輯進(jìn)行拆分，拆分為互相獨立的部分，同時維護(hù)了Worker隊列，將每個獨立部分下發(fā)到多個Worker并行執(zhí)行，Worker主要進(jìn)行實際邏輯計算，并將結(jié)果返回給Master。
問：nginx采用這種進(jìn)程模型有什么好處？
答：采用獨立的進(jìn)程，可以讓互相之間不會影響，一個進(jìn)程退出后，其它進(jìn)程還在工作，服務(wù)不會中斷，Master進(jìn)程則很快重新啟動新的Worker進(jìn)程。當(dāng)然，Worker進(jìn)程的異常退出，肯定是程序有bug了，異常退出，會導(dǎo)致當(dāng)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(fēng)險。
（6）內(nèi)存消耗小：處理大并發(fā)的請求內(nèi)存消耗非常小。在3萬并發(fā)連接下，開啟的10個Nginx 進(jìn)程才消耗150M內(nèi)存（15M*10=150M）。
（7）內(nèi)置的健康檢查功能：如果 Nginx 代理的后端的某臺 Web 服務(wù)器宕機(jī)了，不會影響前端訪問。
（8）節(jié)省帶寬：支持 GZIP 壓縮，可以添加瀏覽器本地緩存的 Header 頭。
（9）穩(wěn)定性高：用于反向代理，宕機(jī)的概率微乎其微。
三、構(gòu)建實戰(zhàn)：Nginx+IIS構(gòu)筑Web服務(wù)器集群的負(fù)載均衡
這里我們主要在Windows環(huán)境下，通過將同一個Web網(wǎng)站部署到不同服務(wù)器的IIS上，再通過一個統(tǒng)一的Nginx反響代理服務(wù)器對外提供統(tǒng)一訪問接入，實現(xiàn)一個最簡化的反向代理和負(fù)載均衡服務(wù)。但是，受限于實驗條件，我們這里主要在一臺計算機(jī)上進(jìn)行反向代理、IIS集群的模擬，具體的實驗環(huán)境如下圖所示：我們將nginx服務(wù)和web網(wǎng)站都部署在一臺計算機(jī)上，nginx監(jiān)聽http80端口，而web網(wǎng)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(wù)器上，用戶訪問localhost時，nginx作為反向代理將請求均衡地轉(zhuǎn)發(fā)給兩個IIS中不同端口的Web應(yīng)用程序進(jìn)行處理。雖然實驗環(huán)境很簡單而且有限，但是對于一個簡單的負(fù)載均衡效果而言，本文是可以達(dá)到并且展示的。
3.1 準(zhǔn)備一個ASP.NET網(wǎng)站部署到IIS服務(wù)器集群中
（1）在VS中新建一個ASP.NET Web應(yīng)用程序，但是為了在一臺計算機(jī)上展示效果，我們將這個Web程序復(fù)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(diào)試運行，看看兩個網(wǎng)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(jié)：在真實環(huán)境中，構(gòu)建Web應(yīng)用服務(wù)器集群的實現(xiàn)是將同一個Web應(yīng)用程序部署到Web服務(wù)器集群中的多個Web服務(wù)器上。
3.2 下載Nginx并部署到服務(wù)器中作為自啟動的Windows服務(wù)
（1）到Nginx官網(wǎng)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(jìn)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(wù)：通過cmd以守護(hù)進(jìn)程方式啟動nginx.exe：start nginx.exe，停止服務(wù)：nginx -s stop，重新加載配置：nginx -s reload；
（4）每次以cmd方式啟動Nginx服務(wù)不符合實際要求，于是我們想到將其注冊為Windows服務(wù)，并設(shè)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(wù)，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(dāng)然，你也可以不改名）
②將重命名后的 nginx-service.exe 復(fù)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(chuàng)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(yīng)該是 "winsw-1.8-bin.xml"），這個XML的內(nèi)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(zhí)行以下命令，以便將其注冊成Windows服務(wù)：nginx-service.exe install
⑤接下來就可以在Windows服務(wù)列表看到Nginx服務(wù)了，這里我們可以將其設(shè)置為自動啟動了：
（5）總結(jié)：在Windows環(huán)境中，要對外提供的Windows服務(wù)一般都要將其啟動類型設(shè)置為自動。
3.3 修改Nginx核心配置文件nginx.conf
（1）進(jìn)程數(shù)與每個進(jìn)程的最大連接數(shù)：
?nginx進(jìn)程數(shù)，建議設(shè)置為等于CPU總核心數(shù)
?單個進(jìn)程最大連接數(shù)，那么該服務(wù)器的最大連接數(shù)=連接數(shù)*進(jìn)程數(shù)
（2）Nginx的基本配置：
?監(jiān)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(fù)載均衡列表基本配置：
?location / {}：對aspx后綴的進(jìn)行負(fù)載均衡請求，假如我們要對所有的aspx后綴的文件進(jìn)行負(fù)載均衡時，可以這樣寫：location ~ .*.aspx$ {}
?proxy_pass：請求轉(zhuǎn)向自定義的服務(wù)器列表，這里我們將請求都轉(zhuǎn)向標(biāo)識為http://cuitccol.com的負(fù)載均衡服務(wù)器列表；
?在負(fù)載均衡服務(wù)器列表的配置中，weight是權(quán)重，可以根據(jù)機(jī)器配置定義權(quán)重（如果某臺服務(wù)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(shè)置一個比較高的weight；而有一臺的服務(wù)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(shù)表示權(quán)值，權(quán)值越高被分配到的幾率越大；
（4）總結(jié)：最基本的Nginx配置差不多就是上面這些內(nèi)容，當(dāng)然僅僅是最基礎(chǔ)的配置。（詳細(xì)的配置內(nèi)容請下載底部的nginx-1.4.7詳細(xì)查看）
3.4 添加Nginx對于靜態(tài)文件的緩存配置
為了提高響應(yīng)速度，減輕真實服務(wù)器的負(fù)載，對于靜態(tài)資源我們可以在反向代理服務(wù)器中進(jìn)行緩存，這也是反向代理服務(wù)器的一個重要的作用。
（1）緩存靜態(tài)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(jìn)行尋找匹配并將文件返回；
expires 7d：過期時效為7天，靜態(tài)文件不怎么更新，過期時效可以設(shè)大一點，如果頻繁更新，則可以設(shè)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(tài)資源之樣式文件
（3）緩存靜態(tài)資源之腳本文件
（4）在nginx服務(wù)文件夾中創(chuàng)建靜態(tài)資源文件夾，并要緩存的靜態(tài)文件拷貝進(jìn)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(jìn)去；
（5）總結(jié)：通過配置靜態(tài)文件的緩存設(shè)置，對于這些靜態(tài)文件的請求可以直接從反向代理服務(wù)器中直接返回，而無需再將這些靜態(tài)資源請求轉(zhuǎn)發(fā)到具體的Web服務(wù)器進(jìn)行處理了，可以提高響應(yīng)速度，減輕真實Web服務(wù)器的負(fù)載壓力。
學(xué)習(xí)小結(jié)
在本文中，借助了Nginx這個神器簡單地在Windows環(huán)境下搭建了一個反向代理服務(wù)，并模擬了一個IIS服務(wù)器集群的負(fù)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(fù)載均衡是怎么一回事。但是，在目前大多數(shù)的應(yīng)用中，都會將Nginx部署在Linux服務(wù)器中，并且會做一些針對負(fù)載均衡的優(yōu)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(xué)習(xí)奠定一點點的基礎(chǔ)。
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(qū)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(wù)搭建專題》：http://os.51cto.com/art/201111/304611.htm
（5）紅黑聯(lián)盟，《Nginx配置文件nginx.conf中文詳解總結(jié)》：http://www.2cto.com/os/201212/176520.html
（6）360doc，《Linux下同步模式、異步模式、阻塞調(diào)用與非阻塞調(diào)用總結(jié)》：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(fā)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
