Nginx特点及用途

NGINX（发音为"engine x"）是一款高性能的开源Web服务器和反向代理服务器。它由Igor Sysoev开发，并于2004年首次发布。NGINX以其卓越的性能、高并发处理能力和低内存消耗而闻名，成为许多网站和应用程序的首选服务器。

Nginx 则是免费的、开源的、⾼性能的HTTP和反向代理服务器、邮件代理服务器、以及TCP/UDP代理服务器 解决C10K问题（10K Connections）

"C10k"是指能够支持同时处理10,000个并发连接的能力。这个术语最初由Dan Kegel在1999年提出，用于描述服务器在面对大规模并发连接时的性能挑战

以下是一些NGINX的主要特点和用途：

1、高性能：NGINX采用异步非阻塞的事件驱动模型，能够高效处理并发连接和请求。它的设计使得它能够处理大量并发连接并提供低延迟和高吞吐量。

2、反向代理和负载均衡：NGINX被广泛用作反向代理服务器，可以将请求转发到后端的多个服务器，并进行负载均衡，以提高系统的可靠性和性能。

3、静态文件服务：NGINX可以快速、高效地提供静态文件服务。它可以处理静态资源（如HTML、CSS、JavaScript、图像文件等）的请求，并通过智能的缓存机制减轻后端服务器的负载。

4、动态内容处理：NGINX与各种后端应用服务器（如PHP、Python、Node.js等）集成，可以处理动态内容的请求。它可以通过代理请求到后端服务器，并将动态生成的内容返回给客户端。

5、SSL/TLS加密支持：NGINX支持SSL/TLS协议，可以提供安全的加密通信。它可以用作HTTPS服务器，为网站和应用程序提供安全的数据传输。

6、虚拟主机和域名支持：NGINX可以配置多个虚拟主机和域名，使不同的网站或应用程序共享同一个服务器。它提供了灵活的配置选项，可以根据域名或URL路径将请求路由到相应的虚拟主机。

7、高度可扩展：NGINX的架构和设计使其易于水平扩展。通过使用多个工作进程和负载均衡，可以增加服务器的吞吐量和容量。

nginx与apache比较

应⽤程序⼯作模式

apache httpd MPM（Multi-Processing Module，多进程处理模块）模式：
prefork：进程模型，两级结构，主进程master负责⽣成⼦进程，每个⼦进程负责响应⼀个请求
worker：线程模型，三级结构，主进程master负责⽣成⼦进程，每个⼦进程负责⽣成多个线程，每个线程响应⼀个请求 
event：线程模型，三级结构,主进程master负责⽣成⼦进程，每个⼦进程⽣成多个线程，每个线程响应⼀个请求，但是增加了⼀个监听线程，⽤于解决在设置了keep-alived场景下线程的空等待问题。

Nginx（Master+Worker）模式：
主进程
⼯作进程 #直接处理客⼾的请求

NGINX的事件驱动模型可以看作是一种特定的MPM模式，以异步非阻塞的方式处理并发连接和请求。
NGINX使用一个主进程（Master Process）和多个工作进程（Worker Process）的模型来处理并发连接和请求。主进程负责监听端口和管理工作进程，而工作进程负责实际处理客户端连接和请求。这种模型基于事件驱动，使用事件通知机制（如epoll、kqueue等）来监视套接字上的事件，并异步地处理这些事件。
线程验证⽅式：
# cat /proc/PID/status
# pstree -p PID

服务器I/O

服务器的I/O（输入/输出）指的是服务器与外部设备之间进行的数据交换。服务器的I/O操作涉及读取和写入数据到磁盘、网络通信、数据库访问等。I/O性能对服务器的整体性能和响应时间有着重要的影响。

⼀次完整的I/O是⽤⼾空间的进程数据与内核空间的内核数据的报⽂的完整交换，但是由于内核空间与⽤⼾空间是
严格隔离的，所以其数据交换过程中不能由⽤⼾空间的进程直接调⽤内核空间的内存数据，⽽是需要经历⼀次从内
核空间中的内存数据copy到⽤⼾空间的进程内存当中，所以简单说I/O就是把数据从内核空间中的内存数据复制到
⽤⼾空间中进程的内存当中

以下是一些与服务器I/O相关的重要概念和优化策略：

磁盘I/O：

磁盘I/O是服务器中最常见的I/O操作。对于磁盘I/O的优化包括使用快速的硬盘驱动器（如固态硬盘），实施磁盘阵列（如RAID），以及使用高效的文件系统（如EXT4、XFS）来提高读写性能。此外，使用适当的缓存和缓冲区管理可以减少磁盘I/O次数，提高性能。（进程向内核发起系统调⽤，请求磁盘上的某个资源⽐如是⽂件或者是图⽚，然后内核通过相应的驱动程

序将⽬标图⽚加载到内核的内存空间，加载完成之后把数据从内核内存再复制给进程内存，如果是⽐较⼤的数据也

需要等待时间 ）

网络I/O：

网络I/O涉及到服务器与客户端之间的数据传输。优化网络I/O的方法包括使用高性能的网络适配器和交换设备，使用高速网络协议（如TCP/IP），以及进行网络流量管理和负载均衡。（⽹络协议栈到⽤⼾空间进程的IO ）

异步I/O：

异步I/O允许服务器在等待I/O操作完成时继续处理其他任务，而不会阻塞线程或进程。这种方式可以提高并发性和响应性能。一些服务器框架和编程模型（如Node.js）支持异步I/O操作。

数据库I/O：

数据库访问通常涉及到大量的I/O操作。对于数据库I/O的优化，可以采用适当的索引和查询优化，以减少磁盘I/O的次数。还可以使用数据库缓存和连接池来提高性能。

缓存和预取：

缓存和预取机制可以在内存中存储常用的数据和资源，以减少对磁盘或网络的I/O访问。这可以显著提高访问速度和性能。

文件压缩和分片：

对于需要传输大文件或大量数据的场景，文件压缩和分片可以减少网络传输和磁盘I/O的负担，提高效率。

IO模型

I/O模型是指在计算机系统中进行输入和输出操作的方式和机制。不同的I/O模型在处理I/O操作时采用不同的策略和机制，影响着系统的性能和可伸缩性。以下是几种常见的I/O模型：

阻塞式I/O（Blocking I/O）：

阻塞式I/O是最简单和常见的I/O模型。在阻塞式I/O中，当应用程序发起一个I/O操作时，它会被阻塞（即暂停执行），直到操作完成。在此期间，应用程序无法进行其他操作。这种模型适用于简单的、串行的I/O操作，但在处理多个并发连接时可能会导致性能下降。

非阻塞式I/O（Non-blocking I/O）：

非阻塞式I/O模型允许应用程序在发起I/O操作后继续执行其他任务，而不需要等待操作完成。应用程序可以定期检查操作的状态，并根据需要进行处理。这种模型需要使用轮询（Polling）或选择器（Selector）等机制来检查I/O操作的状态。非阻塞式I/O可以提高并发性能，但会增加编程复杂性。

多路复用I/O（Multiplexed I/O）：

多路复用I/O模型通过使用选择器（Selector）或多路复用器（Multiplexer）来管理多个I/O操作。选择器可以同时监视多个I/O通道上的事件，一旦有事件发生，就通知应用程序进行相应的处理。常见的多路复用I/O机制包括select、poll和epoll等。这种模型减少了轮询操作的开销，并提供更高的并发性能。（Apache prefork 模式）

信号驱动I/O（Signal-driven I/O）：

信号驱动I/O模型在I/O操作完成后使用信号通知应用程序。应用程序通过注册信号处理程序来处理I/O完成的事件。这种模型相对于阻塞式I/O和非阻塞式I/O，减少了对I/O状态的轮询操作。

异步I/O（Asynchronous I/O）：

异步I/O模型允许应用程序发起I/O操作后立即返回，并在操作完成时通过回调函数或事件通知进行处理。应用程序不需要主动等待或轮询操作状态。这种模型可以提供高度的并发性能和可伸缩性，但在编程上较为复杂。

同步I/O（Synchronous I/O）：

在同步I/O模型中，当应用程序发起一个I/O操作时，它会阻塞（即暂停执行），直到操作完成。应用程序会等待I/O操作完成后才继续执行下一步操作。这意味着应用程序会按照顺序一步一步地执行I/O操作，并等待每个操作完成后再进行下一个操作。

同步I/O模型的主要特点是操作的执行是顺序的和阻塞的。这种模型适用于简单的、串行的I/O操作，其中每个操作的结果对后续操作可能是有依赖关系的。

nginx事件驱动模型

Select模型：

Select模型是最基本的事件驱动模型，可以在多个连接之间进行事件轮询。它使用select()系统调用来检查可读或可写的连接，并进行相应的操作。Select模型适用于较少并发连接的情况，但在大规模并发时可能存在性能问题。

Poll模型：

Poll模型也是一种基本的事件驱动模型，它使用poll()系统调用来检查多个连接上的事件。相对于Select模型，Poll模型在性能方面更具优势，可以处理更多的并发连接。但对于大规模并发仍然存在性能瓶颈。

Epoll模型：

Epoll模型是Linux特有的事件驱动模型，它使用epoll()系统调用来监视和管理大量的文件描述符。Epoll模型具有高性能和可伸缩性，适用于高并发连接的场景。NGINX使用Epoll模型作为默认的事件驱动模型。

Kqueue模型：

Kqueue模型是BSD和macOS平台上的事件驱动模型，类似于Linux的Epoll模型。它使用kqueue()系统调用来监视和管理事件。Kqueue模型在BSD和macOS系统上提供高效的事件通知和处理能力。

IOCP模型：

IOCP（Input/Output Completion Ports）模型是Windows平台上的事件驱动模型。它使用IOCP机制来实现高性能的事件处理。NGINX使用IOCP模型来提供高效的事件驱动能力。

nginx功能

静态文件服务：

NGINX能够快速、可靠地提供静态文件服务。它可以直接处理静态文件的请求，无需转发给应用服务器，从而减轻了后端服务器的负载。

反向代理和负载均衡：

NGINX作为反向代理服务器，可以代理并分发请求给后端服务器，实现负载均衡和高可用性。它支持多种负载均衡算法，如轮询、IP哈希、最少连接等。

动态内容处理：

NGINX通过与后端应用服务器（如PHP、Node.js、Java等）的集成，能够处理动态内容的请求。它可以通过反向代理、FastCGI、uWSGI等方式与应用服务器进行交互。

SSL/TLS支持：

NGINX支持SSL/TLS协议，能够提供安全的HTTPS通信。它支持配置和管理SSL证书，实现加密通信和安全的数据传输。

URL重写和重定向：

NGINX提供强大的URL重写和重定向功能，可以根据特定规则修改URL，并将请求转发到正确的位置。这对于实现URL重定向、URL美化和虚拟路径映射等非常有用。

缓存机制：

NGINX具有内置的缓存机制，可以缓存静态和动态内容，减轻后端服务器的负载，并提供更快的响应速度。它还支持基于HTTP头和响应代码的灵活缓存控制。

安全功能：

NGINX提供一些安全功能，如基于IP的访问控制、请求限速、防止DDoS攻击等。这些功能可以保护服务器免受恶意访问和攻击。

日志记录和统计：

NGINX能够记录详细的访问日志和错误日志，以及提供统计信息和指标。这对于监控和分析服务器的性能和访问情况非常有用。

可扩展性：

NGINX具有良好的可扩展性，可以通过配置和集群来扩展服务器的容量和性能。它支持多实例和分布式架构，适应不断增长的访问量和负载。

模块化架构：

NGINX具有模块化的架构，可以通过加载和配置不同的模块来扩展功能。它有许多官方和第三方模块可用，如缓存模块、压缩模块、安全模块等，可以根据需求进行定制。

Nginx组织模型

NGINX的组织模型是基于Master-Worker的架构，它将工作进程（Worker）和主进程（Master）分离，各自承担不同的任务和责任。

主进程（Master）：

主进程是NGINX的管理者，负责管理工作进程的生命周期和配置加载。主进程负责以下主要功能：

启动和停止工作进程。

监听和管理端口，接收和分发请求。

加载和重新加载配置文件。

处理信号，如优雅地重启或停止服务器。

处理日志记录和错误处理。

工作进程（Worker）：

工作进程是实际处理请求的进程，主进程会创建多个工作进程，并将请求分发给它们处理。工作进程之间是相互独立的，并行地处理请求。工作进程负责以下主要功能：

接收主进程分发的请求。

处理请求，包括解析请求、调用相应的模块处理请求、生成响应等。

处理静态文件和动态内容。

向客户端发送响应。

通过这种Master-Worker模型，NGINX能够实现高性能和高并发的处理能力。主进程负责管理和协调工作进程，而工作进程负责实际的请求处理。这种架构使NGINX能够有效地处理大量并发请求，提供快速、可靠的服务。

Nginx模块

NGINX是一个高度可扩展的Web服务器和反向代理服务器，它采用模块化的架构，可以通过加载和配置不同的模块来扩展功能。以下是一些常见的NGINX模块：

核心模块（Core Modules）：

ngx_http_core_module：提供HTTP核心功能，如请求处理、URL重写、重定向等。

ngx_http_proxy_module：实现反向代理功能，将请求代理到后端服务器。

ngx_http_fastcgi_module：支持与FastCGI应用程序的交互。

功能增强模块（Enhanced Functionality Modules）：

ngx_http_ssl_module：提供SSL/TLS支持，实现加密通信和安全的数据传输。

ngx_http_gzip_module：实现Gzip压缩，减小传输数据量，提高性能。

ngx_http_v2_module：支持HTTP/2协议，提供更高效的传输和多路复用功能。

访问控制模块（Access Control Modules）：

ngx_http_limit_conn_module：限制并发连接数。

ngx_http_limit_req_module：限制请求速率。

ngx_http_access_module：基于IP地址的访问控制。

缓存模块（Caching Modules）：

ngx_http_proxy_cache_module：实现反向代理缓存功能。

ngx_http_fastcgi_cache_module：实现FastCGI应用程序的缓存功能。

ngx_http_memcached_module：支持与Memcached服务器的集成。

安全模块（Security Modules）：

ngx_http_auth_basic_module：提供基本的HTTP身份验证功能。

ngx_http_ssl_module：支持SSL/TLS协议，提供安全的通信。

ngx_http_secure_link_module：生成和验证安全链接。

日志模块（Logging Modules）：

ngx_http_log_module：记录访问日志和错误日志。

ngx_http_realip_module：更正客户端IP地址，以适应代理服务器的配置。

这只是一小部分NGINX模块的示例，NGINX社区提供了更多的官方和第三方模块，可以根据需求和使用场景选择适合的模块。可以通过在配置文件中加载和配置模块，来扩展和定制NGINX的功能。请注意，模块的可用性和功能可能会因NGINX版本和编译选项的不同而有所变化。