nginx学习

前言

在现代 Web 架构中，Nginx 是一个你无论如何都绕不开的名字。它如同一位身手不凡的瑞士军刀，以其卓越的性能、稳定性和丰富的功能，在全球超过三分之一的网站中扮演着至关重要的角色。无论你是后端开发者、运维工程师，还是一个希望深入了解网站如何工作的技术爱好者，掌握 Nginx 都是一项非常有价值的技能。

本文深度学习并提炼了优秀的开源教程 dunwu/nginx-tutorial 的精华，旨在为你提供一份从零开始、内容详尽、直击核心的 Nginx 学习指南。让我们一起揭开 Nginx 的神秘面纱，看看它究竟是如何工作的。

一、Nginx 是什么？为什么选择它？

Nginx (发音为 “engine-x”) 首先是一个高性能的 HTTP 和反向代理 Web 服务器，同时也是一个 IMAP/POP3/SMTP 代理服务器。

与传统的 Apache 服务器不同，Nginx 采用了一种完全不同的架构模型：事件驱动、异步非阻塞。

• 传统模型 (如 Apache)：每个请求都会创建一个新的进程或线程来处理。当并发连接数非常高时，会消耗大量的内存和 CPU 资源，导致服务器性能急剧下降。
• Nginx 模型：一个工作进程 (worker process) 就可以处理成千上万个并发连接。它通过一个高效的事件循环机制（如 epoll, kqueue）来监听和处理网络事件，只有当一个事件（如新的连接、数据可读/可写）发生时，才会去处理它，处理完后立刻释放资源去响应下一个事件。

正是这种先进的架构，赋予了 Nginx 以下核心优势：

1. 高并发、高性能：在处理大量并发连接时，Nginx 的内存和 CPU 占用极低。官方数据显示，它可以轻松支持数万甚至数十万的并发连接。
2. 高可靠性：Nginx 的架构稳定，且主工作进程和 worker 工作进程分离，一个 worker 进程的异常不会影响到其他进程。
3. 高扩展性：Nginx 的功能通过模块化的方式组织，你可以根据需要轻松添加或移除模块。
4. 热部署：可以在不停止服务的情况下，平滑地升级 Nginx 版本、更换日志文件、更新配置文件。

二、Nginx 的安装与核心命令

在大多数 Linux 发行版中，安装 Nginx 都非常简单。

在 Debian/Ubuntu 系统中:

sudo apt update
sudo apt install nginx

在 CentOS/RHEL 系统中:

sudo yum install epel-release
sudo yum install nginx

安装完成后，你可以使用 systemd 来管理 Nginx 服务：

• sudo systemctl start nginx：启动 Nginx
• sudo systemctl stop nginx：停止 Nginx
• sudo systemctl restart nginx：重启 Nginx
• sudo systemctl reload nginx：平滑重载配置 (推荐，在不停止服务的情况下让新配置生效)
• sudo systemctl enable nginx：设置开机自启
• sudo systemctl status nginx：查看 Nginx 状态

在操作配置文件后，一个至关重要的命令是检查配置语法是否正确：

sudo nginx -t

如果看到 syntax is ok 和 test is successful 的提示，说明你的配置没有语法错误，可以安全地 reload。

三、Nginx 配置文件的核心结构

Nginx 的所有魔力都蕴含在它的配置文件中。默认的配置文件通常位于 /etc/nginx/nginx.conf。

一个典型的 nginx.conf 文件结构如下：

# 全局块
user www-data;
worker_processes auto; # worker 进程数，通常设置为 auto 或 CPU 核心数
pid /run/nginx.pid;
include /etc/nginx/modules-enabled/*.conf;

# events 块
events {
    worker_connections 768; # 每个 worker 进程的最大连接数
}

# http 块
http {
    # --- http 全局配置 ---
    sendfile on;
    tcp_nopush on;
    tcp_nodelay on;
    keepalive_timeout 65;
    types_hash_max_size 2048;
    include /etc/nginx/mime.types;
    default_type application/octet-stream;

    # 日志格式
    log_format  main  '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
                      '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
                      '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';

    access_log /var/log/nginx/access.log main;
    error_log /var/log/nginx/error.log;

    # Gzip 压缩配置
    gzip on;
    gzip_vary on;
    gzip_proxied any;
    # ... 其他 gzip 配置

    # --- 虚拟主机 (Server) 配置 ---
    # 使用 include 指令来加载其他配置文件，保持主文件整洁
    include /etc/nginx/conf.d/*.conf;
    include /etc/nginx/sites-enabled/*;
}

这个结构可以分为三个主要部分：

1. 全局块 (Global Block)：配置影响 Nginx 全局的指令，例如运行 Nginx 的用户、工作进程数等。
2. Events 块：配置影响 Nginx 服务器与用户网络连接的指令，例如每个工作进程的最大连接数。
3. HTTP 块：这是配置最频繁的部分，它包含了对 HTTP 协议的所有配置。HTTP 块内部又可以包含多个 Server 块。
   • Server 块：也称为“虚拟主机”，它定义了一个具体的网站或应用。通过 listen (监听端口) 和 server_name (域名) 来区分不同的虚拟主机。
   • Location 块：Server 块中最核心的部分。它根据用户请求的 URI 来匹配不同的规则，并执行相应的处理指令（如返回文件、代理到后端服务等）。

四、Nginx 的核心应用场景（附配置实例）

1. 静态资源 Web 服务器

这是 Nginx 最基本的功能。假设你的网站静态文件（HTML, CSS, JS, 图片）都存放在 /var/www/my-website 目录下。

server {
    listen 80; # 监听 80 端口
    server_name www.yourdomain.com; # 你的域名

    # 配置网站根目录和默认主页
    location / {
        root /var/www/my-website;
        index index.html index.htm;
    }

    # 配置错误页面
    error_page 500 502 503 504 /50x.html;
    location = /50x.html {
        root /usr/share/nginx/html;
    }
}

这个配置意味着，当用户访问 http://www.yourdomain.com/ 时，Nginx 会去 /var/www/my-website 目录下查找 index.html 或 index.htm 并返回给用户。

2. 反向代理 (Reverse Proxy)

反向代理是 Nginx 最重要的应用场景。它作为客户端和后端真实服务器之间的中间人，接收客户端请求，然后转发给后端的应用服务器（如 Node.js, Python, Java 应用），并将后端服务器的响应返回给客户端。

这样做的好处是：

• 隐藏后端服务：客户端只与 Nginx 通信，不知道后端服务器的具体细节，增加了安全性。
• 统一入口：所有请求都通过 Nginx，方便进行统一的日志记录、安全控制和负载均衡。

假设你有一个在本地 8080 端口运行的 Node.js 应用：

server {
    listen 80;
    server_name api.yourdomain.com;

    location / {
        # 将所有请求转发给 http://127.0.0.1:8080
        proxy_pass http://127.0.0.1:8080;

        # 设置一些重要的代理头信息
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
        proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;
    }
}

3. 负载均衡 (Load Balancing)

当你的网站流量巨大，单个应用服务器无法承受时，就需要部署多个服务器组成集群。负载均衡就是将进来的请求平均分配到集群中的多个服务器上，从而提高整个系统的处理能力和可用性。

Nginx 使用 upstream 模块来实现负载均衡。

# 定义一个名为 "backend_servers" 的上游服务器集群
upstream backend_servers {
    # 默认是轮询 (round-robin) 策略
    server 192.168.1.100:8080;
    server 192.168.1.101:8080;
    server 192.168.1.102:8080;
}

server {
    listen 80;
    server_name www.yourdomain.com;

    location / {
        # 将请求转发到定义的服务器集群
        proxy_pass http://backend_servers;
    }
}

Nginx 支持多种负载均衡策略：

• round-robin (轮询)：默认策略，按顺序逐一分配。
• least_conn (最少连接)：将请求分配给当前连接数最少的服务器。
• ip_hash (IP 哈希)：根据请求的源 IP 地址进行哈希计算，确保来自同一个客户端的请求总是被分配到同一个后端服务器。这对于需要维持 session 的应用非常有用。

4. 配置 HTTPS (SSL/TLS)

在今天的互联网环境中，为网站启用 HTTPS 是必须的。你需要拥有一个 SSL 证书（可以通过 Let’s Encrypt 免费获取）。

假设你的证书文件是 fullchain.pem，私钥文件是 privkey.pem。

server {
    listen 80;
    server_name www.yourdomain.com;

    # 将所有 HTTP 请求重定向到 HTTPS
    return 301 https://$host$request_uri;
}

server {
    listen 443 ssl http2; # 监听 443 端口，并启用 SSL 和 HTTP/2
    server_name www.yourdomain.com;

    # 配置证书和私钥的路径
    ssl_certificate /etc/letsencrypt/live/yourdomain.com/fullchain.pem;
    ssl_certificate_key /etc/letsencrypt/live/yourdomain.com/privkey.pem;

    # SSL/TLS 安全性优化配置
    ssl_protocols TLSv1.2 TLSv1.3;
    ssl_ciphers 'TLS_AES_128_GCM_SHA256:TLS_AES_256_GCM_SHA384:...'; # 使用推荐的加密套件
    ssl_prefer_server_ciphers on;

    location / {
        root /var/www/my-website;
        index index.html;
    }
}

五、Location 匹配规则的深入理解

location 的匹配规则是 Nginx 配置中最灵活也最容易混淆的部分。掌握它至关重要。

Nginx 会按照以下顺序来查找匹配的 location：

1. 精确匹配 (=)：location = /path，必须与请求的 URI 完全相同。一旦匹配成功，立即停止搜索。
2. 前缀匹配 (^~)：location ^~ /path，以某个路径开头。一旦匹配成功，也立即停止搜索。这主要用于在正则匹配之前优先匹配某个常规路径。
3. 正则表达式匹配 (~ 和 ~*)：
   • ~：区分大小写的正则匹配。
   • ~*：不区分大小写的正则匹配。
     Nginx 会按照配置文件中的书写顺序从上到下进行正则匹配，一旦匹配成功，就停止搜索。
4. 常规前缀匹配：location /path，不带任何修饰符。Nginx 会选择最长匹配的那个前缀。

匹配顺序总结：
( = ) > ( ^~ ) > ( ~ 或 ~* ) > ( 最长前缀匹配 )

一个典型的例子是分离动态和静态请求：

server {
    # ...
    location / {
        # 默认规则，所有未匹配到的请求都走这里，转发给后端应用
        proxy_pass http://backend_servers;
    }

    location ~* \.(gif|jpg|jpeg|png|css|js)$ {
        # 对所有以图片或 css/js 结尾的请求
        # 使用正则匹配，并直接从本地文件系统返回
        root /var/www/assets;
        expires 30d; # 设置浏览器缓存 30 天
    }
}

结语

我们从 Nginx 的核心理念出发，一路走过了安装、配置、核心命令，并深入探讨了其最重要的四大应用场景：静态服务器、反向代理、负载均衡和 HTTPS 配置。

Nginx 的功能远不止于此，它还包括强大的缓存、限流、URL 重写、访问控制等高级功能。但掌握了本文所述的核心知识，你已经足以应对 90% 以上的日常工作需求，并为进一步的深入学习打下了坚实的基础。

最好的学习方式永远是实践。去搭建你自己的服务，亲手修改配置，观察它的变化，解决遇到的问题。希望这篇指南能成为你探索 Nginx 世界的有力起点。

本文内容深度参考和学习了 GitHub 上的优秀开源项目：dunwu/nginx-tutorial，在此向原作者表示感谢。