高性能Web服务器Nginx及相关新技术的应用实践

高性能 Web 服务器 Nginx 及相关新技术的应用实践北京金山软件逍遥网张宴 2009.10

什么是 Nginx ？ Nginx (“engine x”) 是俄罗斯人 Igor Sysoev( 塞索耶夫 ) 编写的一款高性能的 HTTP 和反向代理服务器。 Nginx 已经在俄罗斯最大的门户网站── Rambler Media （ www.rambler.ru ）上运行了 4 年时间，同时俄罗斯超过 20% 的虚拟主机平台采用 Nginx 作为反向代理服务器。在国内，已经有新浪博客、新浪播客、搜狐通行证、网易新闻、网易博客、金山逍遥网、金山爱词霸、校内网、 YUPOO 相册、豆瓣、迅雷看看等多家网站、频道使用 Nginx 服务器。

Nginx 的优点① 1 、高并发连接：官方测试能够支撑 5 万并发连接，在实际生产环境中跑到 2 ～ 3 万并发连接数。 2 、内存消耗少：在 3 万并发连接下，开启的 10 个 Nginx 进程才消耗 150M 内存（ 15M*10=150M ）。 3 、配置文件非常简单：风格跟程序一样通俗易懂。 4 、成本低廉： Nginx 为开源软件，可以免费使用。而购买 F5 BIG-IP 、 NetScaler 等硬件负载均衡交换机则需要十多万至几十万人民币。

Nginx 的优点② 5 、支持 Rewrite 重写规则：能够根据域名、 URL 的不同，将 HTTP 请求分到不同的后端服务器群组。 6 、内置的健康检查功能：如果 Nginx Proxy 后端的某台 Web 服务器宕机了，不会影响前端访问。 7 、节省带宽：支持 GZIP 压缩，可以添加浏览器本地缓存的 Header 头。 8 、稳定性高：用于反向代理，宕机的概率微乎其微。

单台 Nginx 支撑了高达 2.8 万的活动并发连接数 2009-09-03 14:30 ，金山游戏《剑侠情缘网络版 3 》临时维护 1 小时，大量玩家上官网，论坛、评论、客服等动态应用 Nginx 服务器集群，每台服务器的 Nginx 活动连接数达到 2.8 万，这是本人遇到的 Nginx 生产环境最高并发值。

Nginx 的主要应用类别 1 、使用 Nginx 结合 FastCGI 运行 PHP 、 JSP 、 Perl 等程序 2 、使用 Nginx 作反向代理、负载均衡、规则过滤 3 、使用 Nginx 运行静态 HTML 页、图片 4 、 Nginx 与其他新技术的结合应用

Nginx 在金山逍遥网中的应用案例金山逍遥网 (xoyo.com) 是金山游戏官方网站，为金山软件旗下的各款游戏提供新闻资讯、客户服务、在线充值、视听互动、在线活动、博客、相册、论坛、玩家社区等内容建设和在线服务支持。

金山逍遥网 Nginx 七层负载均衡的应用

Nginx 承担每个机房 Web 负载均衡服务

简单的 Nginx 负载均衡配置① …… upstream bbs_server_pool { server 192.168.1.15:80 weight=1 max_fails=2 fail_timeout=30s; server 192.168.1.16:80 weight=1 max_fails=2 fail_timeout=30s; server 192.168.1.17:80 weight=1 max_fails=2 fail_timeout=30s; server 192.168.1.18:80 weight=1 max_fails=2 fail_timeout=30s; } …… 在 nginx.conf 配置文件中，用 upstream 指令定义一组反向代理 / 负载均衡后端服务器池。

简单的 Nginx 负载均衡配置② …… server{ listen 80; server_name bbs.yourdomain.com *.bbs.yourdomain.com; location / { proxy_pass http://bbs_server_pool; proxy_set_header Host $host; proxy_set_header X-Forwarded-For $remote_addr; } access_log off; } ……

简单的 Nginx 负载均衡配置③ proxy_pass http://bbs_server_pool; 用于指定反向代理的服务器池。 proxy_set_header Host $host; 当后端 Web 服务器上也配置有多个虚拟主机时，需要用该 Header 来区分反向代理哪个主机名。 proxy_set_header X-Forwarded-For $remote_addr; 如果后端 Web 服务器上的程序需要获取用户 IP ，请从该 Header 头获取。

Nginx 负载均衡的双机热备

通常情况下的负载均衡 HA 高可用优点：实现了双机热备、故障自动转移。缺点：备机服务器处于闲置状态，浪费了硬件资源。

逍遥网 Nginx 负载均衡双机互备正常情况下，两台 Nginx 负载均衡服务器全部处于活动状态，对外提供服务。

服务器①绑定 IP 别名 /sbin/ifconfig eth0:ha1 61.1.1.2 broadcast 61.1.1.255 netmask 255.255.255.0 up /sbin/route add -host 61.1.1.2 dev eth0:ha1 /sbin/arping -I eth0 -c 3 -s 61.1.1.2 61.1.1.1 在服务器①的外网网卡 eth0 上，绑定了一个虚拟 IP 61.1.1.2 ，绑定完成后发送 arping 包给网关。

服务器②绑定 IP 别名 /sbin/ifconfig eth0:ha2 61.1.1.3 broadcast 61.1.1.255 netmask 255.255.255.0 up /sbin/route add -host 61.1.1.3 dev eth0:ha2 /sbin/arping -I eth0 -c 3 -s 61.1.1.3 61.1.1.1 在服务器②的外网网卡 eth0 上，绑定了一个虚拟 IP 61.1.1.3 ，绑定完成后发送 arping 包给网关。

新的 Nginx 双机互备 ( 发生故障时 ) 自动接管公网虚拟 IP ，实现故障转移

服务器①去除 IP 别名 /sbin/ifconfig eth0:ha1 61.1.1.2 broadcast 61.1.1.255 netmask 255.255.255.0 down 通过两台服务器之间的互相检测机制，当服务器①上的检测程序发现自身的 Nginx 无法访问时，停止绑定虚拟 IP 61.1.1.2

服务器②接管原服务器①的虚拟 IP /sbin/ifconfig eth0:ha1 61.1.1.2 broadcast 61.1.1.255 netmask 255.255.255.0 up /sbin/route add -host 61.1.1.2 dev eth0:ha1 /sbin/arping -I eth0 -c 3 -s 61.1.1.2 61.1.1.1 给网关发送 Arping 包，保证了网关上 IP 、 MAC 地址对应关系能够马上更改，能够做到强行接管虚拟 IP 。

硬件、软件七层负载均衡对比： NetScaler 与 Nginx

根据不同的 URL 转发到不同服务器 server{ listen 80; server_name abc.domain.com; location ~ ^/admincp.php { proxy_pass http://192.168.1.11; proxy_set_header Host $host; proxy_set_header X-Forwarded-For $remote_addr; } location / { proxy_pass http://php_server_pool; proxy_set_header Host $host; proxy_set_header X-Forwarded-For $remote_addr; } }

Web 相关文件的实时自动同步

少量文件的多服务器自动同步使用 Linux 2.6 内核的 inotify 监控 Linux 文件系统事件。利用开源的 lsync 监听某一目录，如果目录内文件发生增、删、改，利用 Rsync 协议自动同步到多台服务器。 http://code.google.com/p/lsyncd/ lsyncd /data0/htdocs/hu.xoyo.com/data/ 192.168.5.1::hu_data/ 192.168.5.2::hu_data/ 192.168.5.3::hu_data/ 192.168.5.4::hu_data/

大量文件的多服务器自动同步使用 Linux 2.6 内核的 inotify 监控 Linux 文件系统事件。修改可监控的最大目录数量 echo 50000000 > /proc/sys/fs/inotify/max_user_watches 金山逍遥网开发的 sersync 文件自动同步程序，适合大量文件的自动同步，并可以在文件同步完成后，自动调用 CDN 缓存刷新接口，刷新发生修改、删除的文件的访问 URL 。用于：金山游戏官网的 CMS 发布系统。

Nginx 的缓存功能 Nginx 从 0.7.48 版本开始，支持了类似 Squid 的缓存功能；缓存把 URL 及相关组合当作 Key ，用 md5 编码哈希后保存； Nginx 的 Web 缓存服务只能为指定 URL 或状态码设置过期时间，不支持类似 Squid 的 PURGE 指令，手动清除指定缓存页面；采用 MMAP 实现，设置的缓存区大小不能超过物理内存 +SWAP 的值。

反向代理中的 Nginx.conf 缓存配置① …… # 设置 Web 缓存区名称为 cache_one ，缓存空间大小为 2000MB ， 1 天清理一次缓存，单个文件超过 5m 不缓存。 proxy_cache_path /data0/proxy_cache_path levels=1:2 keys_zone=cache_one:2000m inactive=1d max_size=5m; # 注： proxy_temp_path 和 proxy_cache_path 指定的路径必须在同一分区 proxy_temp_path /data0/proxy_temp_path; upstream my_server_pool { server 192.168.1.2:80 weight=1 max_fails=2 fail_timeout=30s; server 192.168.1.3:80 weight=1 max_fails=2 fail_timeout=30s; } ……

反向代理中的 Nginx.conf 缓存配置② server { listen 80; server_name my.domain.com; location / { proxy_set_header Host $host; proxy_set_header X-Forwarded-For $remote_addr; proxy_pass http://my_server_pool; } location ~ .*\.(gif|jpg|jpeg|png|bmp|swf|js|css)$ { # 对图片、 JS 、 CSS 进行缓存，使用 Web 缓存区 cache_one proxy_cache cache_one;

反向代理中的 Nginx.conf 缓存配置③ # 对不同 HTTP 状态码缓存设置不同的缓存时间 proxy_cache_valid 200 10m; proxy_cache_valid 304 3m; proxy_cache_valid 301 302 1h; proxy_cache_valid any 1m; # 设置 Web 缓存的 Key 值， Nginx 根据 Key 值 md5 哈希存储缓存，这里根据“域名、 URI 、客户端请求 Header 头中的 If-Modified-Since 信息”组合成 Key 。 proxy_cache_key $host$request_uri$http_if_modified_since; # 反向代理，访问后端内容源服务器 proxy_set_header Host $host; proxy_set_header X-Forwarded-For $remote_addr; proxy_pass http://my_server_pool; } access_log off; }

Nginx 缓存功能的优点对于修改实时性要求不高的图片、 Flash 、 CSS 样式文件、 JavaScript 文件，可以在 Nginx 反向代理 ( 负载均衡 ) 服务器上设置缓存，不用每次请求都转发到后端 Web 服务器，加快了响应速度。减少了 Nginx 与后端 Web 服务器的连接数，提高了 Nginx 处理性能。

Nginx 的 Rewrite 重写规则

Nginx Rewrite 规则相关指令 Nginx Rewrite 规则相关指令有 if 、 rewrite 、 set 、 return 、 break 等，其中 rewrite 是最关键的指令。一个简单的 Nginx Rewrite 规则语法如下： rewrite ^/b/(.*)\.html /play.php?video=$1 break; 如果加上 if 语句，示例如下： if (!-f $request_filename) { rewrite ^/img/(.*)$ /site/$host/images/$1 last; }

Nginx 与 Apache 的 Rewrite 规则实例对比① 简单的 Nginx 和 Apache 重写规则区别不大，基本上能够完全兼容。例如： Apache Rewrite 规则： RewriteRule ^/(mianshi|xianjing)/$ /zl/index.php?name=$1 [L] RewriteRule ^/ceshi/$ /zl/ceshi.php [L] RewriteRule ^/(mianshi)_([a-zA-Z]+)/$ /zl/index.php?name=$1_$2 [L] RewriteRule ^/pingce([0-9]*)/$ /zl/pingce.php?id=$1 [L] Nginx Rewrite 规则： rewrite ^/(mianshi|xianjing)/$ /zl/index.php?name=$1 last; rewrite ^/ceshi/$ /zl/ceshi.php last; rewrite ^/(mianshi)_([a-zA-Z]+)/$ /zl/index.php?name=$1_$2 last; rewrite ^/pingce([0-9]*)/$ /zl/pingce.php?id=$1 last; 由以上示例可以看出， Apache 的 Rewrite 规则改为 Nginx 的 Rewrite 规则，其实很简单： Apache 的 RewriteRule 指令换成 Nginx 的 rewrite 指令， Apache 的 [L] 标记换成 Nginx 的 last 标记，中间的内容不变。

Nginx 与 Apache 的 Rewrite 规则实例对比② 如果 Apache 的 Rewrite 规则改为 Nginx 的 Rewrite 规则后，使用 nginx -t 命令检查发现 nginx.conf 配置文件有语法错误，那么可以尝试给条件加上引号。例如一下的 Nginx Rewrite 规则会报语法错误： rewrite ^/([0-9]{5}).html$ /x.jsp?id=$1 last; 加上引号就正确了： rewrite "^/([0-9]{5}).html$" /x.jsp?id=$1 last;

Nginx 与 Apache 的 Rewrite 规则实例对比③ Apache 与 Nginx 的 Rewrite 规则在 URL 跳转时有细微的区别： Apache Rewrite 规则： RewriteRule ^/html/tagindex/([a-zA-Z]+)/.*$ /$1/ [R=301,L] Nginx Rewrite 规则： rewrite ^/html/tagindex/([a-zA-Z]+)/.*$ http://$host/$1/ permanent; 以上示例中，我们注意到， Nginx Rewrite 规则的置换串中增加了“ http://$host” ，这是在 Nginx 中要求的。

Nginx 与 Apache 的 Rewrite 规则实例对比④ 另外， Apache 与 Nginx 的 Rewrite 规则在变量名称方面也有区别，例如： Apache Rewrite 规则： RewriteRule ^/user/login/$ /user/login.php?login=1&forward=http://%{HTTP_HOST} [L] Nginx Rewrite 规则： rewrite ^/user/login/$ /user/login.php?login=1&forward=http://$host last;

Nginx 与 Apache 的 Rewrite 规则实例对比⑤ Apache 与 Nginx Rewrite 规则的一些功能相同或类似的指令、标记对应关系： Apache 的 RewriteCond 指令对应 Nginx 的 if 指令； Apache 的 RewriteRule 指令对应 Nginx 的 rewrite 指令； Apache 的 [R] 标记对应 Nginx 的 redirect 标记； Apache 的 [P] 标记对应 Nginx 的 last 标记； Apache 的 [R,L] 标记对应 Nginx 的 redirect 标记； Apache 的 [P,L] 标记对应 Nginx 的 last 标记； Apache 的 [PT,L] 标记对应 Nginx 的 last 标记；

Nginx 与 Apache 的多条件 Rewrite 示例① 允许指定的域名访问本站，其他域名一律跳转到 http://www.aaa.com Apache Rewrite 规则： RewriteCond %{HTTP_HOST} ^(.*?)\.domain\.com$ RewriteCond %{HTTP_HOST} !^qita\.domain\.com$ RewriteCond %{DOCUMENT_ROOT}/market/%1/index.htm -f RewriteRule ^/wu/$ /market/%1/index.htm [L] Nginx 的 if 指令不支持嵌套，也不支持 AND 、 OR 等多条件匹配，相比于 Apache 的 RewriteCond ，显得麻烦一些，但是，我们可以通过下一页的 Nginx 配置写法来实现这个示例：

Nginx 与 Apache 的多条件 Rewrite 示例② Nginx Rewrite 规则： if ($host ~* ^(.*?)\.domain\.com$) { set $var_wupin_city $1; set $var_wupin '1'; } if ($host ~* ^qita\.domain\.com$) { set $var_wupin '0'; } if (!-f $document_root/market/$var_wupin_city/index.htm) { set $var_wupin '0'; } if ($var_wupin ~ '1') { rewrite ^/wu/$ /market/$var_wupin_city/index.htm last; }

Nginx 与金山逍遥 TCSQL 的配合

一般数据库的缓存类型一般数据库缓存分为四种： 1 、 Key/Value 单个对象缓存，如 Memcached 2 、列表缓存，就像论坛里帖子的列表 3 、记录条数的缓存，比如一个论坛板块里有多少个帖子，这样才方便实现分页。 4 、复杂一点的 group ， sum ， count 查询，比如一个论坛里按点击数排名的最 HOT 的帖子列表。第一种比较好实现，后面三种比较麻烦。

什么是 TCSQL 实时列表缓存数据库？ TCSQL 是金山逍遥网技术支持部平台组以 Tokyo Cabinet DBM 为底层存储与索引，结合类似 Memcached 的 Key-Value 内存对象缓存，借鉴 SQL 语句的 SELECT 、 INSERT 、 UPDATE 、 DELETE 思想与功能开发的实时列表缓存数据库，可实现对列表页数据、记录条数的实时缓存。 TCSQL 采用 HTTP GET/POST 协议＋ JSON 数据交换格式在客户端、服务器端之间进行数据交互。利用我们编写的 MySQL UDF 扩展 + 触发器，我们可以在 MySQL 的某张表发生插入、更新、删除操作时，自动将数据同步到 TCSQL 数据库，使得 TCSQL 可以当 MySQL 从库一样使用。

TCSQL 的查询速度 TCSQL 在 10000 并发连接情况下的查询速度（服务器为浪潮 NF190 服务器，两颗双核 Xeon(TM) CPU 2.80GHz 、 4GB 内存、 1 万转 SCSI 硬盘。）：主键查询并取出倒序第 1 条记录（“ =” 运算）： 12155 次请求 / 秒其他索引键查询并取出倒序第 1 条记录（“ =” 运算）： 11897 次请求 / 秒

TCSQL 的查询速度根据复合条件查询并取出倒序前 10 条记录： 8778 次请求 / 秒（相当于 SELECT * FROM table WHERE dateline >= 随机时间戳 AND idtype = ' 变换的文本 ' ORDER BY pkey DESC LIMIT 0,10 ）统计符合查询条件的记录数量： 9160 次请求 / 秒（相当于 SELECT count(*) FROM table WHERE dateline >= 随机时间戳 AND idtype = ' 变换的文本 ' ）

找出瓶颈浏览器端 -- 查询 --> 服务器端 Nginx + PHP + TCSQL Nginx 4000~13000 请求数 / 秒 PHP 500~1500 请求数 / 秒 TCSQL 5000~15000 请求数 / 秒位于中间的 PHP(FastCGI) 不在一个量级上，成为列表页查询请求的最大瓶颈。

抛弃制约性能的 PHP 中间层浏览器端 JavaScript -- 查询 --> 服务器端 Nginx(rewrite 重写规则、 proxy_pass 反向代理 ) + TCSQL 抛弃了中间制约整体性能的 PHP 层。运行于浏览器端的 JavaScript 代码通过 Nginx 直接查询 TCSQL 数据库，取得数据并在网页显示。利用 Nginx 的 rewrite 重写规则控制对 TCSQL 的访问权限。

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