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前言

最近在部署項目時要求實現負載均衡，有趣的是發現網上一搜全部都是以下類似的配置文件

upstream localhost{ 
 server 127.0.0.1:8080 weight=1; 
 server 127.0.0.1:8081 weight=1; 
 } 
 server { 
 listen 80; 
 server_name localhost; 
 location / { 
 proxy_pass http://localhost; 
 index index.html index.htm index.jsp; 
  
 } 
 } 

所以打算來看看Nginx內部原理，這篇博客主要介紹Nginx如何實現反向代理以及在Nginx中負載均衡的參數使用

一、正向代理與反向代理

正向代理是代理客戶端，也就是客戶端能真正接觸到的，比如訪問外網時需要使用VPN軟件，在這個軟件中用戶可以選擇連接哪里的服務器。

反向代理則是代理服務端，用戶感知不到，只是客戶端把請求發到服務端的端口時，Nginx監聽到了便把該端口的請求轉發到不同的服務器上。就以上面配置文件來講解，當在網址中輸入http://localhost:80/時(不加80一樣時默認進入80端口，這里為了表示清楚)，而后Nginx監聽到80端口的請求之后，就會查找對應的location來執行。由上面的配置文件我們可以看出是將請求轉發到了不同的端口。這是在服務器中執行的，用戶不可見。

而服務端中我們最常使用的反向代理的工具就是Nginx。

二、Nginx內部基本架構

nginx在啟動后以daemon的方式在后臺運行，會有一個master進程和多個worker進程。

master進程：主要用來管理worker進程，包含：接收來自外界的信號，向各worker進程發送信號，監控worker進程的運行狀態，當worker進程退出后(異常情況下)，會自動重新啟動新的worker進程。

worker進程：處理基本的網絡事件了。多個worker進程之間是對等的，他們同等競爭來自客戶端的請求，各進程互相之間是獨立的。一個請求，只可能在一個worker進程中處理，一個worker進程，不可能處理其它進程的請求。worker進程的個數是可以設置的，一般我們會設置與機器cpu核數一致，或者直接設置參數worker_processes auto;

所以Nginx基本的架構就如下：

當我們輸入./nginx -s reload，就是來重啟nginx，./nginx -s stop，就是來停止nginx的運行，這里面是如何做到的?執行命令時，我們是啟動一個新的nginx進程，而新的nginx進程在解析到reload參數后，就知道我們的目的是控制nginx來重新加載配置文件了，它會向master進程發送信號。master進程在接到信號后，會先重新加載配置文件，然后再啟動新的worker進程，并向所有老的worker進程發送信號，告訴他們可以光榮退休了。新的worker在啟動后，就開始接收新的請求，而老的worker在收到來自master的信號后，就不再接收新的請求，并且在當前進程中的所有未處理完的請求處理完成后，再退出。所以使用上面命令重啟Nginx的時候服務是不中斷的。

三、Nginx如何處理客戶端請求

首先來解釋一下上面的架構圖：每個worker進程都是從master進程分支過來的，在master進程里面，先建立好需要監聽的socket之后，然后再分支出多個worker進程。所有worker進程的listenfd(socket中listenfd是指客戶端連接本機時的fd,是用來和客戶端通信用的)會在新連接到來時變得可讀，為保證只有一個進程處理該連接，所有worker進程在注冊listenfd讀事件前搶accept_mutex，搶到互斥鎖的那個進程注冊listenfd讀事件，在讀事件里調用accept接受該連接。

在Nginx中worker進程之間是平等的，每個進程，處理請求的機會也是一樣的。當Nginx監聽80端口時，一個客戶端的連接請求過來，每個進程都有可能處理這個連接，上面說到是每個worker進程都會去搶注listenfd讀事件。當一個worker進程在accept這個連接之后，就開始讀取請求，解析請求，處理請求，產生數據后，再返回給客戶端，最后才斷開連接，這樣一個完整的請求就是這樣的了。這里需要注意的是一個請求，完全由worker進程來處理，而且只在一個worker進程中處理。

下面兩幅流程圖能很好的幫我們理解

四、Nginx如何處理事件并且實現高并發

Nginx內部采用了異步非阻塞的方式來處理請求，也就是說，Nginx是可以同時處理成千上萬個請求的。

異步非阻塞：當一個網絡請求過來時，我們并不依賴于這個請求才能做后續操作，那么這個請求就是異步操作，也就是調用者在沒有得到結果之前同樣可以執行后續的操作。非阻塞就是當前進程/線程沒有得到請求調用的結果時也不會妨礙到進程/線程后續的操作。可以看出異步和非阻塞的對象是不同的。

五、Nginx負載均衡的算法及參數

round robin(默認)：輪詢方式，依次將請求分配到后臺各個服務器中，適用于后臺機器性能一致的情況，若服務器掛掉，可以自動從服務列表中剔除

weight：根據權重來分發請求到不同服務器中，可以理解為比例分發，性能較高服務器分多點請求，較低的則分少點請求

IP_hash：根據請求者ip的hash值將請求發送到后臺服務器中，保證來自同一ip的請求被轉發到固定的服務器上，解決session問題

upstream localhost {  
ip_hash;  
server 127.0.0.1:8080;  
server 127.0.0.1:8080;  
}  

上面是最基本的三種算法，我們還可以通過改變參數來自行配置負載均衡

upstream localhost{  
ip_hash;  
server 127.0.0.1:9090 down;  
server 127.0.0.1:8080 weight=2;  
server 127.0.0.1:6060;  
server 127.0.0.1:7070 backup;  
} 

參數列表如下：