Nginx面试题

时间：2025-05-10 08:32:19

Nginx 面试题

    • 1 Nginx 基础知识
      • 1.1 什么是 Nginx？
      • 1.2 Nginx 是如何处理 HTTP 请求的？
      • 1.3 比较 Nginx 和 Apache 的主要差异。
    • 2 配置和性能优化
      • 2.1 描述 Nginx 配置文件的结构。
      • 2.2 如何在 Nginx 中配置虚拟主机（Server Blocks）？
      • 2.3 如何优化 Nginx 以处理高并发连接？
    • 3 反向代理和负载均衡
      • 3.1 解释 Nginx 作为反向代理服务器的工作原理。
      • 3.2 Nginx 提供了哪些负载均衡策略？
      • 3.3 如何使用 Nginx 实现 HTTPS 终端和 SSL/TLS 配置？
    • 4 动态和静态内容服务
      • 4.1 Nginx 是如何处理静态内容的？
      • 4.2 如何配置 Nginx 与动态内容应用（如 PHP-FPM）一起工作？
      • 4.3 Nginx 中缓存的工作原理和配置方法。
    • 5 安全性和授权
      • 5.1 Nginx 中的常见安全最佳实践有哪些？
      • 5.2 如何在 Nginx 中设置基础认证？
      • 5.3 描述 Nginx 防止 DDOS 攻击的策略。
    • 6 HTTPS 和 SSL
      • 6.1 如何在 Nginx 中配置 SSL 证书？
      • 6.2 解释 HTTP/2 在 Nginx 中的配置和好处。
      • 6.3 如何强制 Nginx 使用 HTTPS？
    • 7 高可用性和故障转移
      • 7.1 如何配置 Nginx 高可用性集群？
      • 7.2 Nginx 故障转移有哪些策略？
      • 7.3 Nginx 如何与心跳或 Keepalived 配合实现故障切换？
    • 8 日志处理和监控
      • 8.1 Nginx 日志文件中记录了哪些信息？
      • 8.2 如何设置 Nginx 访问日志和错误日志的格式？
      • 8.3 Nginx 中的监控工具和指标有哪些？
    • 9 性能测试和调优
      • 9.1 Nginx 性能压力测试工具有哪些？
      • 9.2 常见的 Nginx 性能瓶颈及调优技巧。
      • 9.3 Nginx 中的连接处理优化如何进行？

序号 内容 链接地址
1 Java面试题 /golove666/article/details/137360180
2 JVM面试题 /golove666/article/details/137245795
3 Servlet面试题 /golove666/article/details/137395779
4 Maven面试题 /golove666/article/details/137365977
5 Git面试题 /golove666/article/details/137368870
6 Gradle面试题 /golove666/article/details/137368172
7 Jenkins 面试题 /golove666/article/details/137365214
8 Tomcat面试题 /golove666/article/details/137364935
9 Docker面试题 /golove666/article/details/137364760
10 多线程面试题 /golove666/article/details/137357477
11 Mybatis面试题 /golove666/article/details/137351745
12 Nginx面试题 /golove666/article/details/137349465
13 Spring面试题 /golove666/article/details/137334729
14 Netty面试题 /golove666/article/details/137263541
15 SpringBoot面试题 /golove666/article/details/137192312
16 SpringBoot面试题1 /golove666/article/details/137383473
17 Mysql面试题 /golove666/article/details/137261529
18 Redis面试题 /golove666/article/details/137267922
19 PostgreSQL面试题 /golove666/article/details/137385174
20 Memcached面试题 /golove666/article/details/137384317
21 Linux面试题 /golove666/article/details/137384729
22 HTML面试题 /golove666/article/details/137386352
23 JavaScript面试题 /golove666/article/details/137385994
24 Vue面试题 /golove666/article/details/137341572
25 Ajax面试题 /golove666/article/details/137421929
26 Python面试题 /golove666/article/details/137385635
27 Spring Cloud Alibaba面试题 /golove666/article/details/137372112
28 SpringCloud面试题 /golove666/article/details/137345465
29 RabbitMQ面试题 /golove666/article/details/137344188
30 Dubbo面试题 /golove666/article/details/137346834
31 Elasticsearch面试题 /golove666/article/details/137348184
32 Oracle面试题 /golove666/article/details/137350452
33 Android面试题 /golove666/article/details/137358253
34 Kafka面试题 /golove666/article/details/137358607
35 ZooKeeper面试题 /golove666/article/details/137359255
36 Kubernetes面试题 /golove666/article/details/137365540
37 Flink面试题 /golove666/article/details/137369555
38 Hadoop面试题 /golove666/article/details/137370194
39 Hive面试题 /golove666/article/details/137371835
40 Hbase面试题 /golove666/article/details/137381853
41 Spark面试题 /golove666/article/details/137382815
42 Golang面试题 /golove666/article/details/137395486
43 Solr面试题 /golove666/article/details/137420799

1 Nginx 基础知识

1.1 什么是 Nginx？

Nginx（发音为 “engine x”）是一款开源、高性能的 HTTP 和反向代理服务器。它也常用作负载均衡器和邮件代理服务器。由 Igor Sysoev 开发，并首次公开发布于2004年。Nginx 以其稳定性、丰富的特性集、简单的配置和低资源消耗而广受欢迎。Nginx 特别适用于处理静态内容，并通过反向代理的方式提供动态 Web 应用服务器的支持，能够提供高并发的连接处理能力。它是构建于现代处理器、多线程、事件驱动架构之上，以异步非阻塞方式运行的网络服务器，这使得 Nginx 在高负载环境下可以表现出比传统服务器更优越的性能。

1.2 Nginx 是如何处理 HTTP 请求的？

Nginx 是一种高性能的 HTTP 和反向代理服务器，同时也是一个通用的 TCP/UDP 代理服务器。它是为性能和并发性设计的。Nginx 处理 HTTP 请求的方式分为几个主要部分：

1. 接收请求

当客户端通过网络发送 HTTP 请求到 Nginx 服务器时，Nginx 首先通过监听在特定 IP 地址和端口上的监听连接来接收该请求。

2. 处理请求

一旦 Nginx 接收到请求，它会根据配置文件中的指令（如 ）来处理请求。

  • 请求解析：Nginx 解析请求行、请求头和请求体（如果存在）。
  • 服务器选择：Nginx 根据请求的主机名（Host 头）和 URI 来选择要处理请求的服务器和位置块。
  • 配置查找：Nginx 根据请求的 URI 查找匹配的 location 指令，并决定如何处理请求（如代理请求、返回静态文件、重定向等）。

3. 名称解析

如果请求被配置为代理到上游服务器，Nginx 将执行名称解析将主机名转换为 IP 地址。

4. 请求代理

  • 代理传递：如果被配置为反向代理，Nginx 将请求传递给上游服务器，然后等待响应。
  • 负载均衡：如果配置了多个上游服务器，Nginx 可能会使用负载均衡算法来选择一个服务器。

5. 响应处理

一旦上游服务器处理完成请求，并返回 HTTP 响应给 Nginx，Nginx 会将这个响应转发回原始的客户端。

6. 资源清理和请求结束

完成请求后，Nginx 会清理分配给该请求的资源，关闭连接或根据 keepalive 指令保持连接打开等待新的请求。

处理高并发的能力

Nginx 能够高效地处理大量并发连接，主要归功于它的事件驱动架构。Nginx 使用异步非阻塞的方式处理请求，使用较少的线程可以处理大量的连接，处理每个连接都是非常轻量级的：

  • worker 进程：Nginx 在启动时会创建多个 worker 进程。每个 worker 进程都能够独立处理请求，极大地提升了并发处理能力。
  • 事件模型：每个 worker 进程都使用一个高效的事件循环模型来检测并响应 I/O 事件，例如网络请求、网络响应以及计时器事件。

Nginx 处理 HTTP 请求的方式使其成为极其高效和可扩展的服务器。它既可以作为静态资源的 web 服务器，也可以作为代理服务器来转发请求到应用服务器，并实现缓存、负载均衡、SSL 终端、错误处理和 HTTP 响应处理等一系列功能。

1.3 比较 Nginx 和 Apache 的主要差异。

Nginx和Apache都是功能强大的网络服务器，广泛用于网站和应用程序的服务托管。它们各自有一系列的优点和缺点，使用选择通常取决于特定的性能需求、安全要求、可伸缩性、资源消耗和易用性等因素。

性能：

  • Nginx：

    • 使用异步事件驱动的架构，处理请求不依赖于线程或进程，能够以更低的内存消耗支持高并发连接，特别是在静态内容传送和反向代理等场景中表现得很好。
    • 非阻塞的连接处理方式使其在高负载环境下不容易产生性能瓶颈。

  • Apache：

    • 默认使用基于进程或线程的阻塞式架构来处理请求，虽然可以通过MPM（多处理模块）调整处理请求的方式，但在高并发和静态内容服务上通常不如Nginx高效。

配置和灵活性：

  • Nginx：

    • 配置比较简单，针对现代的HTTP功能（如WebSocket、HTTP/2）有更好的原生支持。
    • 不如Apache有同样广泛的模块支持。扩展能力略逊于Apache，但它的核心功能已经足以适应大多数用例。

  • Apache：

    • 配置非常灵活，有大量的模块可以添加各种功能，对动态内容（如运行PHP脚本）有很好的支持。
    • .htaccess文件的使用为网站的分布式配置提供了方便，无需修改主服务器配置即可进行授权、重写规则等设置。

可伸缩性和可靠性：

  • Nginx：

    • 在为现代高流量网站和应用服务时表现出色，良好的反向代理和负载均衡能力使其常被用于微服务架构中。
    • 具有很好的缓存能力，能够作为一个有效的缓存服务器来减少对后端应用服务器的请求。

  • Apache：

    • 具有成熟的模块和社区支持，大量的第三方模块可以扩展其功能。
    • 好的动态内容支持使其广泛应用于共享托管环境和PHP应用服务中。

安全性：

  • Nginx 和 Apache 都提供了强大的安全特性和模块，可以配置SSL/TLS，IP地址过滤，身份认证等。
  • Apache的.htaccess特性可以让用户在不触碰主配置的情况下实现目录级别的安全设置。

在某些环境中，Nginx和Apache也可以组合使用，例如，使用Nginx作为静态内容的服务器和负载均衡器，而Apache处理动态内容。最终决定使用哪种服务器软件通常取决于你的需求、现有基础设施和团队熟悉程度。

2 配置和性能优化

2.1 描述 Nginx 配置文件的结构。

Nginx 是一个高性能的 HTTP 和反向代理服务器，它的配置文件是用来定义和控制 Nginx 服务器行为的文本文件。Nginx 配置文件的结构是分层次的、使用块结构化的，下面是 Nginx 配置文件的基础结构组成：

主配置结构

Nginx 配置文件通常被分为几个部分：

  1. 全局块（Global block）：
    定义全局设置，比如用户、工作进程数和日志文件的位置，它通常位于配置文件的最顶部。
user www-data;
worker_processes auto;
error_log /var/log/nginx/;
pid /run/;
  1. events 块：
    配置影响 Nginx 服务器或与客户端网络连接相关的设置。
events {
    worker_connections 1024;
}
  1. http 块：
    包含了最多的配置指令，支持 HTTP 协议所需的各种配置，这些指令可以影响整个服务器的工作方式。
http {
    # 全局 HTTP 配置
    include       /etc/nginx/;
    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"';

    # HTTP 服务器
    server {
        # 监听端口
        listen       80;
        server_name  localhost;
        
        # 文档根目录
        root         /usr/share/nginx/html;
        
        # 首页
        index         ;
        
        # URI 路径和文件映射
        location / {
            try_files $uri $uri/ =404;
        }
        
        # 其他 location 块...
    }
    
    # 其他服务器（虚拟主机）
    include /etc/nginx//*.conf;
    include /etc/nginx/sites-enabled/*;
}

  1. server 块：
    定义虚拟主机的配置，可以有多个，每个虚拟主机都关联特定的 server_name（或 IP 地址）和端口号 listen。

  2. location 块：
    定义如何处理特定范围内的请求 URI，可以在 server 块内部包含一个或多个 location 块。

配置指令

Nginx 配置指令通常可以分为两类：

  1. 简单指令：后跟一个参数（有时不需要参数），以分号（;）结尾。
  2. 块指令：相当于一个完整的模块，以大括号（{}）包围一组指令。

配置文件中的每条指令都需遵循顺序执行，Nginx 启动时会读取配置文件，并根据指令初始化服务器工作参数。

配置文件的格式

Nginx 配置文件一般由行组成，每行一条指令，从 主文件开始，它可以包含其他配置文件（通过 include 指令），从而实现模块化配置。注释用 # 开头，直到行尾。

位置

Nginx 的主配置文件默认位置通常在以下路径：

  • 对于 Unix-like 系统：/etc/nginx/。
  • 对于 Windows 系统：在 Nginx 安装目录的 conf 子目录下，如 C:\nginx\conf\。

正确配置 Nginx 是确保 Web 服务器性能、安全性和可靠性的重要环节，因此在对 Nginx 进行配置时，理解和遵守其结构是非常关键的。

2.2 如何在 Nginx 中配置虚拟主机（Server Blocks）？

在 Nginx 中配置虚拟主机（通常称为 server blocks）可以使你在同一台服务器上托管多个网站或应用。每个 server block 包含单独的配置指令，用于定义监听的端口、域名、文档根目录、日志文件位置等。下面是如何在 Nginx 中配置 server blocks 的步骤：

1. 创建网站目录

首先，在服务器上为每个网站创建一个用于存放网站文件的目录。例如：

sudo mkdir -p /var/www//html
sudo mkdir -p /var/www//html

这里我们创建了两个目录来分别存放两个不同网站的内容。

2. 分配权限

为了确保正确的权限，设置这些目录的所有者和权限：

sudo chown -R $USER:$USER /var/www//html
sudo chown -R $USER:$USER /var/www//html

sudo chmod -R 755 /var/www

这些命令将目录权限设置为可读写，并对其他用户提供读取和执行权限。

3. 创建示例页面（可选）

作为测试，为每个网站创建一个简单的 HTML 文件 ：

echo "Welcome to !" | sudo tee /var/www//html/
echo "Welcome to !" | sudo tee /var/www//html/

4. 配置 Server Blocks

配置每个网站的 server block。Nginx 的 server block 通常在 /etc/nginx/sites-available 目录中创建，但它们需要链接到 /etc/nginx/sites-enabled 才能被读取。

为每个网站创建配置文件：

sudo nano /etc/nginx/sites-available/

输入以下配置内容：

server {
    listen 80;
    server_name  ;

    root /var/www//html;
    index ;

    location / {
        try_files $uri $uri/ =404;
    }

    access_log /var/log/nginx/;
    error_log /var/log/nginx/;
}

复制该配置文件并针对 做相应修改：

sudo cp /etc/nginx/sites-available/ /etc/nginx/sites-available/
sudo nano /etc/nginx/sites-available/

别忘了修改 server_name 以及 root 到对应的路径。

5. 启用 Server Blocks

通过在 sites-enabled 目录创建符号链接来启用 server block：

sudo ln -s /etc/nginx/sites-available/ /etc/nginx/sites-enabled/
sudo ln -s /etc/nginx/sites-available/ /etc/nginx/sites-enabled/

确保没有语法错误：

sudo nginx -t

6. 重启 Nginx

最后，重启 Nginx 使新配置生效：

sudo systemctl restart nginx

现在两个 server blocks 都已经配置好，Nginx 会根据请求的域名将请求转发到对应的网站。

注意事项

  • 建议在 /etc/nginx/ 中添加一行 include /etc/nginx/sites-enabled/*; 来读取 sites-enabled 目录下的配置。
  • 在配置 SSL/TLS 时，确保 listen 指令包含 443 ssl，并且正确配置了 SSL 证书和密钥文件路径。
  • 对于高流量的网站，还需要调整各种缓存和性能设置，例如 client_max_body_size、keepalive_timeout 等。

2.3 如何优化 Nginx 以处理高并发连接？

Nginx 已经能够处理高并发连接，但是这还可以通过调优配置来进一步增强。以下列出了一些方法来优化 Nginx 以更好地处理高并发：

1. 调整 worker 进程

调整 worker_processes 指令来匹配 CPU 核心数。通常，设置为 auto 将允许 Nginx 自动选择合适的进程数。

worker_processes auto;

2. 调整 worker_connections

调整每个 worker 进程允许的最大连接数。worker_connections 乘以 worker_processes 应大于你期望处理的最大并发数。

events {
    worker_connections 1024;
}

3. 使用 epoll

在 Linux 系统上，配置 use epoll 作为连接处理方法，因为 epoll 能更高效地处理数千个并发连接。

events {
    use epoll;
}

4. 开启多线程

在 Nginx 新版本中，可以开启 multi_thread 功能，以便使用更多的 CPU 资源来处理请求，增加并发处理能力。

5. 保持连接活跃

调整 keepalive_timeout 让长连接能够保持活跃状态更长时间，减少创建新连接所需的时间和开销。

http {
    keepalive_timeout 65;
}

6. 调整缓冲区大小

调整客户端和代理缓冲区大小 client_body_buffer_size、proxy_buffers、proxy_buffer_size 等指令，减少磁盘 I/O 操作。

7. 开启 gzip 压缩

利用 gzip 压缩减少网络传输量，提高并发能力。

http {
    gzip on;
    gzip_comp_level    5;
    gzip_min_length    256;
    gzip_proxied       any;
    gzip_vary          on;
    gzip_types
      application/atom+xml application/javascript application/json application/rss+xml application/-fontobject 
      application/x-font-ttf application/x-web-app-manifest+json application/xhtml+xml 
      application/xml font/opentype image/svg+xml image/x-icon text/css text/plain text/x-component; 
    # ...其他 MIME 类型
}

8. 开启连接复用

对于反向代理，使用 upstream 模块的 keepalive 指令，复用后端服务的连接。

upstream backend {
    server ;
    server ;

    keepalive 16;
}

9. 静态资源缓存

对于静态资源使用 expires 添加缓存头，从而减少重复请求的响应时间。

location ~* \.(jpg|jpeg|png|gif|ico|css|js)$ {
    expires 30d;
    add_header Pragma public;
    add_header Cache-Control "public";
}

10. 使用负载均衡器

如果单个 Nginx 服务器已经不能满足需求，投入使用负载均衡器（如硬件负载均衡器或其他负载均衡软件），将请求分配到多个 Nginx 服务器。

11. 硬件和系统调优

  • 调整操作系统参数，如提高文件系统的文件句柄限制和网络栈配置。
  • 采购更快的硬件设备，特别是提升网络带宽和 SSD。

12. 安全防护

使用安全防护措施，如防火墙和限制请求速率，以防止恶意的并发连接。

在进行 Nginx 性能调优时，很重要的一点是要进行压力测试来证明改动的有效性，并监控系统的行为，以确保没有引入新的问题。

3 反向代理和负载均衡

3.1 解释 Nginx 作为反向代理服务器的工作原理。

Nginx 作为一款反向代理服务器，充当客户端与后端应用服务器之间的中介。其工作原理包括接收来自客户端的HTTP(S)请求，然后将这些请求转发到内部服务器，最后将后端服务器的响应返回给客户端。下面是更详细的解释：

  1. 接收请求：
    Nginx 监听外部网络上的HTTP或HTTPS端口，接收来自客户端（如用户的浏览器）的请求。

  2. 请求处理：
    Nginx 分析请求的 URL 和 HTTP 头信息，并根据配置文件中定义的规则，决定如何处理该请求。这些规则可能包括请求的重写、重定向、访问限制等。

  3. 转发请求：
    Nginx 根据配置选择合适的后端服务器，并将客户端的请求转发到这些服务器。Nginx 可以使用不同的负载均衡算法（如轮询、最小连接数等），合理分配请求到各个服务器。

  4. 处理响应：
    后端应用服务器处理完成请求后，会将响应返回给 Nginx。Nginx 可以对这些响应进行进一步处理，例如缓存内容、压缩数据、添加或删除头信息等。

  5. 返回响应：
    Nginx 将处理过的响应发送回原始请求的客户端，完成一次代理服务的流程。

Nginx 作为反向代理的一些常见用例包括：

  • 负载均衡：在多个应用服务器之间分配流量，以增加网站的可用性和性能。
  • 缓存静态和动态内容：减少应用服务器的负载，提高请求的响应速度。
  • SSL 终端：在 Nginx 层对流量进行加密或解密，提供安全性保障。
  • 应用防火墙：提供应用层面的安全防护，抵御SQL注入、跨站脚本等攻击。
  • 请求过滤：基于IP、URL或其他请求头信息过滤不合法的请求。
  • 集中化访问控制：对请求进行认证和授权，管理访问权限。

通过上述反向代理机制，Nginx 能够有效地提升网站性能，增强安全性，同时简化后端服务的负载管理。

3.2 Nginx 提供了哪些负载均衡策略？

Nginx 提供了多种负载均衡策略，以便在多个后端服务器（即上游服务器）之间分发客户端请求。这些策略可用于优化资源使用、最大限度地减少响应时间、避免服务过载等。以下是 Nginx 支持的主要负载均衡器（Load Balancer）策略：

1. 轮询（Round Robin）

这是默认的负载均衡策略。请求按时间顺序依次分配到每个服务器上。如果某台服务器宕机，Nginx 会自动跳过宕机的服务器，分配请求到下一台可用的服务器。

2. 最少连接（Least Connections）

这种策略会将请求发送到当前连接数最少的服务器。如果有两个服务器处理速度不同，这种方式有助于把新连接优先分配给当前负载较低的服务器，适用于处理请求时间不太一致时的场景。

3. 基于 IP 的散列（IP Hash）

根据客户端的 IP 地址确定将请求路由到哪一个服务器。通过生成 IP 地址的哈希值并使用它来选定服务器，该策略确保来自同一 IP 地址的客户端请求总是发到同一个服务器。（适用于需要 session 持久性的场景）

4. 哈希（Generic Hash）

自定义键值（如请求头、参数等）上的散列负载均衡。通过配置 hash 指令和您希望散列的变量，可以灵活控制请求分发的规则。

5. 权重（Weighted）

各个服务器可以指定不同的权重，这对于不同能力的服务器组合非常有用。权重越高的服务器，在处理请求的比例上就会越多。权重在轮询策略中使用，可以配合最少连接等策略一起使用。

额外的方法

  • 自定义负载均衡器：通过第三方模块或完全自定义的代码，可以实现特定需求的负载均衡算法。

配置示例

在 Nginx 配置文件中定义上游服务器和负载均衡策略的基本语法如下：

http {
    upstream myapp {
        # Round Robin - default
        server ;
        server ;

        # Least Connections
        # least_conn;

        # IP Hash
        # ip_hash;

        # Weighted
        server  weight=3;
        server  weight=1;
    }

    server {
        location / {
            proxy_pass http://myapp;
        }
    }
}

在这个例子中，myapp 配置了一个上游服务器组 backend1 和 backend2，并使用轮询策略作为默认负载均衡方法。

Nginx 的负载均衡器是它作为反向代理服务器的强大功能之一，它提供了灵活的配置选项以满足不同场景的需求。通过正确地配置和使用这些负载均衡策略，可以大幅提升应用的高可用性和响应效率。

3.3 如何使用 Nginx 实现 HTTPS 终端和 SSL/TLS 配置？

要在 Nginx 中实现 HTTPS 端点和配置 SSL/TLS，你需要有一个有效的 SSL/TLS 证书，然后进行相应的 Nginx 配置。

以下是一般步骤：

1. 获取SSL/TLS证书：

获取证书可以通过以下两种方式之一：

  • 购买证书：从受信任的证书颁发机构（CA）购买证书。
  • 使用Let’s Encrypt：使用Let’s Encrypt提供的免费证书和certbot工具自动生成。

2. 配置Nginx：

在您的 Nginx 配置文件（通常是位于 /etc/nginx/sites-available/ 目录下的域名相关配置文件）中，为443端口配置一个新的server块或更新现有块。

server {
    listen 443 ssl;
    server_name  ;

    ssl_certificate /etc/ssl/certs/your_domain_name.pem; # 公钥文件路径
    ssl_certificate_key /etc/ssl/private/your_domain_name.key; # 私钥文件路径
    
    # 强化SSL/TLS设置
    ssl_protocols TLSv1.2 TLSv1.3;
    ssl_ciphers 'ECDHE-ECDSA-AES128-GCM-SHA256:ECDHE-RSA-AES128-GCM-SHA256';
    ssl_prefer_server_ciphers on;
    
    # 其他SSL/TLS配置
    ssl_session_cache shared:SSL:10m;
    ssl_session_timeout 10m;
    
    # 你的其他 Nginx 配置
}

在此配置中，您需要指向您的 SSL 证书文件（your_domain_name.pem）和私钥文件（your_domain_name.key）。此外，您可以根据实际需求设置 SSL 协议、密码、会话缓存等参数。

3. 重定向HTTP到HTTPS（可选）：

为了确保所有的 HTTP 流量都是通过 HTTPS 传输，您可以设置一个额外的 server 块来监听端口 80 并将所有流量重定向到 HTTPS。

server {
    listen 80;
    server_name  ;
    
    return 301 https://$server_name$request_uri;
    
    # 其他HTTP配置（如果需要）
}

4. 重新加载Nginx配置：

在更新了配置文件之后，重新加载Nginx使配置生效：

sudo nginx -t # 首先检查配置有没有错误
sudo systemctl reload nginx # 或者 sudo service nginx reload

确保Nginx没有配置错误并且运行正常。

5. 测试HTTPS连接：

最后，在浏览器中输入你的域名并确保可以通过 HTTPS 正确访问你的站点。

如果你的站点需要对一些国家区域进行服务，你可能还需要确保使用了合适的SSL/TLS配置来满足当地的合规性要求。

通过以上步骤，你就可以在 Nginx 服务器上成功实现基于 HTTPS 的网站，提高传输安全性。如果你希望进一步增强安全性，可以考虑设置HSTS（HTTP严格传输安全），以及定期更新和替换你的SSL/TLS证书。

4 动态和静态内容服务

4.1 Nginx 是如何处理静态内容的？

Nginx 是一款高性能的 Web 服务器，它通过高效的处理方式来提供静态内容服务，如 HTML 文件、图片、CSS 和 JavaScript 文件等。以下是 Nginx 如何处理静态内容的几个关键步骤：

1. 配置文件中的 server 和 location 指令

Nginx 使用 server 块来定义一个虚拟主机，并在 location 块中定义处理不同请求的策略。静态内容通常在 location 块中配置，指定对应的目录或别名。

例如，以下是一个简单的 Nginx 配置文件示例：

server {
    listen       80;
    server_name  ;

    # 配置文档根目录
    root /var/www/;

    # 配置 /images/ 路径来专门处理图片文件
    location /images/ {
        autoindex on; # 如果请求的是目录，显示目录索引
    }

    # 处理静态文件请求
    location / {
        # 定义尝试的文件顺序
        try_files $uri $uri/ =404;
    }

    # 其他配置...
}

2. 使用高效的 I/O 模型

Nginx 依靠事件驱动的非阻塞 I/O 模型来处理请求，它能够使用很少的线程来处理大量并发连接。当请求静态内容时，Nginx 会尽可能地使用操作系统内核级别的高效文件传输方法（如 sendfile），直接在文件描述符和网络 socket 之间传输数据，减少 CPU 资源消耗，提高传输效率。

3. 缓存和过期头

Nginx 允许配置缓存控制头，通过 expires 指令设置静态资源在客户端浏览器的缓存时间：

location ~* \.(js|css|png|jpg|jpeg|gif|ico|svg)$ {
    expires 30d;
    add_header Cache-Control "public, no-transform";
}

这有助于减少服务器的请求负载，加快内容的加载，并优化客户体验。

4. 开启 Gzip 压缩

Nginx 允许开启 Gzip 压缩来减小传输文件大小，减少客户端的加载时间。Gzip 的配置一般在 http 块中定义：

http {
    gzip on;
    gzip_types text/plain text/css application/json application/javascript text/xml application/xml application/xml+rss text/javascript;
    # 更多 Gzip 配置...
}

5. 负载均衡和 CDN 集成

对于高流量的网站，Nginx 可以配置为负载均衡器，将静态内容请求分散到多个后端服务器上。此外，Nginx 与 CDN（内容分发网络）服务的集成可以使静态资源更靠近用户而被缓存，从而提高访问速度和扩展全球访问能力。

通过以上的配置和策略，Nginx 能够高效地处理静态内容，并确保 Web 应用即使在高并发条件下也具有良好的响应性能和可用性。

4.2 如何配置 Nginx 与动态内容应用（如 PHP-FPM）一起工作？

要将 Nginx 配置为与动态内容应用（例如 PHP-FPM）一起工作，你需要设置 Nginx 以将 PHP 请求传递给后端的 PHP-FPM 服务，而 PHP-FPM 会处理这些请求并运行 PHP 脚本的代码。以下是配合 Nginx 与 PHP-FPM 一起工作的基本步骤：

1. 安装 Nginx 和 PHP-FPM

首先，确保你的服务器上安装了 Nginx 和 PHP-FPM。在 Ubuntu 服务器上，可以运行以下命令安装：

sudo apt-get update
sudo apt-get install nginx
sudo apt-get install php-fpm

2. 配置 PHP-FPM

编辑 PHP-FPM 配置文件。通常这个文件位于 /etc/php/版本号/fpm//（这里的版本号取决于你的 PHP 版本）。

确保 listen 指令设置为 Nginx 可以连接的 socket 或 IP 地址和端口。对于 Unix socket：

listen = /var/run/php/php版本号-

对于 IP 地址和端口：

listen = 127.0.0.1:9000

3. 配置 Nginx

在 Nginx server block（通常位于 /etc/nginx/sites-available/ 目录下）中添加 location 块来处理 .php 文件的请求。

对于 Unix socket：

location ~ \.php$ {
    include snippets/;
    
    # With php-fpm (or other unix sockets):
    fastcgi_pass unix:/var/run/php/php版本号-;
    # With php-cgi (or other tcp sockets):
    # fastcgi_pass 127.0.0.1:9000;
}

对于 TCP 连接：

location ~ \.php$ {
    include snippets/;
    
    # With php-fpm (or other unix sockets):
    # fastcgi_pass unix:/var/run/php/php版本号-;
    # With php-cgi (or other tcp sockets):
    fastcgi_pass 127.0.0.1:9000;
}

确保这里 PHP 版本号和 IP 地址/端口号与你的配置一致。

在 fastcgi_param 脚本中，你可能还需要设置 SCRIPT_FILENAME 参数来指明 PHP 脚本的路径。

4. 重载服务

为使配置生效，重新加载 Nginx 并重新启动 PHP-FPM 服务。

sudo systemctl reload nginx
sudo systemctl restart php版本号-fpm

5. 测试配置

为了测试配置是否正确，创建一个带有 PHP 信息的简单 PHP 文件在网站根目录。

// 在网站根目录下创建 
<?php phpinfo(); ?>

在浏览器中访问这个文件，例如 http://your_domain/，你应该能看到 PHP 的相关信息页面。

注意事项

  • 将 your_domain 替换为你服务器的实际域名或 IP 地址。
  • 确保 PHP-FPM 的用户和组配置正确，并且对于给定的 web 目录具有适当的权限。
  • 如果 PHP-FPM 配置使用了 TCP 连接，确保服务器的防火墙设置不会阻止这些连接。
  • 出于安全考虑，测试完毕后立即删除 文件，避免泄露服务器信息。

配置 Nginx 与 PHP-FPM 结合的正确方式通常依赖于服务器的具体设置和 PHP 应用程序的需求。本指南提供了一般的配置步骤，但你可能需要根据具体情况调整配置文件。

4.3 Nginx 中缓存的工作原理和配置方法。

Nginx 作为一个高性能的 Web 服务器与反向代理服务器，它通过缓存来减少对上游服务器的请求次数、降低延迟和提高页面加载速度。以下是 Nginx 缓存的工作原理和配置方法。

工作原理：

  1. 静态文件缓存：对于直接由 Nginx 服务的静态文件（如图片、JS、CSS等），Nginx 可以把这些文件存储在本地文件系统中的缓存区域。

  2. 代理缓存：在作为反向代理时，Nginx 可以缓存来自上游服务器（如 Web 服务器或 API 服务器）的响应。

  3. 缓存有效性：Nginx 根据 Cache-Control 或 Expires HTTP 响应头来判断内容的缓存时效。如果响应没有明确的缓存指示，Nginx 会根据配置文件中的指令来决定是否缓存内容。

缓存配置方法：

对于静态文件缓存，你通常需要配置 location 指令，增加 expires 指令来告诉浏览器资源应当被缓存多长时间：

location ~* \.(js|css|png|jpg|jpeg|gif|ico)$ {
    expires 30d;
    add_header Cache-Control "public";
    # Other configuration...
}

对于代理缓存，以下是配置缓存的步骤：

  1. 指定缓存区域：通过 proxy_cache_path 指令定义缓存的存储路径、键及其它参数。
http {
    proxy_cache_path /data/nginx/cache levels=1:2 keys_zone=my_cache:10m max_size=10g
                     inactive=60m use_temp_path=off;
    # ...
}
  1. 开启缓存并设定区域：在适当的 server 或 location 上下文中使用 proxy_cache 指令开启缓存，并指定之前定义的缓存区域。
server {
    location / {
        proxy_pass http://my_upstream;
        proxy_cache my_cache;
        proxy_cache_valid 200 302 60m;
        proxy_cache_valid 404 1m;
        # ...
    }
    # ...
}

  1. 设置缓存时长：使用 proxy_cache_valid 指令定义不同状态码的响应被缓存的时间。

  2. 缓存键定义：使用 proxy_cache_key 指令自定义缓存键，这个键用于区分缓存内容。它可以包含如请求路径、查询参数等元素。

proxy_cache_key "$scheme$request_method$host$request_uri";
  1. 处理缓存命中和未命中：可以配置 add_header 指令在响应中添加自定义头部，以观察请求是直接命中缓存还是已经过期。
add_header X-Proxy-Cache $upstream_cache_status;
  1. 处理缓存清理：Nginx 提供了几种方法来清理缓存，包括手动清理缓存目录的文件或使用第三方模块。

注意事项：

  • 对于动态内容或敏感信息，应谨慎配置缓存，以避免缓存旧数据或导致信息泄露。
  • 确保缓存目录有足够的空间，定期监控缓存的大小。
  • 测试缓存配置以确保它的行为符合预期。

Nginx 的缓存机制可以显著提升 Web 应用的性能。在使用缓存之前，应充分理解其配置和潜在效果。

5 安全性和授权

5.1 Nginx 中的常见安全最佳实践有哪些？

在使用 Nginx 时，应遵循一系列安全最佳实践来保护服务器和应用程序免受威胁和攻击。以下是 Nginx 常见的一些安全最佳实践：

  1. 使用最新版本：
    始终保持 Nginx 更新到最新版本，以确保你拥有最新的安全修复和更新。

  2. 隐藏 Nginx 版本信息：
    通过配置文件隐藏 Nginx 版本详细信息，以防止潜在的攻击者利用特定版本的已知漏洞。

    server_tokens off;

  3. SSL/TLS 加密：
    启用 SSL/TLS 来加密客户端和服务器之间的通信，并确保使用强大的加密协议和密码套件。

    ssl_protocols TLSv1.2 TLSv1.3;
ssl_ciphers '...';
ssl_prefer_server_ciphers on;

  4. HTTP Strict Transport Security (HSTS)：
    在 HTTP 响应头中设置严格的传输安全策略，强制使用 HTTPS 连接。

    add_header Strict-Transport-Security "max-age=31536000; includeSubDomains" always;

  5. 限制请求大小：
    配置客户端请求头和请求体的大小限制，以预防拒绝服务(DoS)攻击。

    client_header_buffer_size 1k;
client_max_body_size 1m;

  6. 限制访问：
    使用访问控制列表（ACL）限制对 Nginx 服务器的访问，尤其是对敏感区域如 /admin。

    location /admin {
  allow 192.168.1.1;
  deny all;
}

  7. 启用防火墙和网络安全设置：
    使用操作系统级或网络级的防火墙规则去限制对 Nginx 服务器的访问。

  8. 使用 fail2ban 配置防护：
    配置 fail2ban 这样的工具来保护你的服务器不受暴力破解等恶意攻击。

  9. 启用目录和文件保护：
    确保敏感目录和文件（像 .htaccess、.git、和 include 文件）对外部世界不可访问。

    location ~ /\. {
  deny all;
}

  10. 请求方法限制：
    限制 HTTP 请求方法，例如只允许 GET 和 POST 请求。

  11. 跨站脚本 (XSS) 保护：
    在 Nginx 中使用 X-Content-Type-Options、X-Frame-Options 和 X-XSS-Protection 头实现浏览器端的防护。

  12. 安全日志记录：
    记录访问日志和错误日志，定期检查异常请求和错误。

  13. 安全配置文件权限：
    确保 Nginx 配置文件和 SSL/TLS 证书文件的权限正确设置。

  14. 自动化安全扫描：
    定期使用工具对 Nginx 及其配置进行安全扫描，如使用 Nessus 或 Qualys。

遵循这些安全最佳实践，可以显著提高 Nginx 服务器的安全防护水平，保护应用和数据免受潜在威胁。

5.2 如何在 Nginx 中设置基础认证？

在 Nginx 中设置基础认证（Basic Authentication），你需要使用 Nginx 的 auth_basic 指令以及一个包含用户名和密码对的文件。基础认证可以限制对特定资源的访问，当浏览器请求这些资源时，用户会被提示输入用户名和密码。

步骤 1: 创建密码文件

首先，你需要创建一个包含用户名和密码的文件，通常使用 htpasswd 实用程序来完成。该文件中的密码必须经过加密。如果你的系统上已经安装了 Apache 工具套件，那么你可以使用终端或命令提示符来创建这个文件。

htpasswd -c /etc/nginx/.htpasswd username

当系统提示时输入用户的密码。这里 -c 参数用来创建一个新的文件，你只需要在创建第一个用户时使用 -c 参数。对于后续添加的用户，不要使用 -c 参数。

如果你没有 htpasswd 可用，你可以使用在线的 .htpasswd 生成器，或者安装 apache2-utils（Debian/Ubuntu）或 httpd-tools（Red Hat/CentOS）。

步骤 2: 配置 Nginx

在 nginx 的配置文件中（通常是在 /etc/nginx/ 或 /etc/nginx/sites-enabled 目录中），添加 auth_basic 和 auth_basic_user_file 指令到你想要保护的 location 块中。

server {
    ...
    location /secure/ {
        auth_basic "Restricted Content"; # 这是提示给用户看的信息
        auth_basic_user_file /etc/nginx/.htpasswd; # 用户名和密码的文件路径
        ...
    }
}

其中 /secure/ 是你想要限制访问的 URL 路径。auth_basic_user_file 指定到了你在第一步中创建的含有用户名和加密密码的文件。

步骤 3: 重新加载 Nginx 配置

配置完成后，需要重新加载 Nginx 以使配置生效：

sudo nginx -s reload

或者:

sudo systemctl reload nginx

这取决于你的系统。

现在，当你访问指定的路径时，浏览器会弹出一个对话框提示输入用户名和密码。只有成功验证了 .htpasswd 文件中的凭证才能访问资源。

Nginx 的基础认证是一种简单有效的保护网站资源的方法。然而，这种认证不是最安全的，因为它不是使用 HTTPS 加密的话，用户名和密码将以明文形式传输。因此，建议在启用基础认证的同时，也要确保使用 SSL/TLS 对连接加密。

5.3 描述 Nginx 防止 DDOS 攻击的策略。

Nginx 可以通过配置一系列的策略来减轻分布式拒绝服务（Distributed Denial-of-Service，DDoS）攻击的风险。虽然Nginx自身无法完全阻止高度复杂和大规模的DDoS攻击（通常需要使用第三方专业服务，如Cloudflare或AWS Shield），但以下策略可作为起点来提升Nginx服务器的安全性：

1. 限制连接速率（Rate Limiting）：

使用limit_req_module和limit_conn_module模块限制请求的速率和每个客户端的并发连接数。

http {
    limit_req_zone $binary_remote_addr zone=mylimit:10m rate=10r/s;
    limit_conn_zone $binary_remote_addr zone=connlimit:10m;

    server {
        location / {
            limit_req zone=mylimit burst=20 nodelay;
            limit_conn connlimit 20;
        }
    }
}

在这个示例中，请求被限制到每秒10个，允许bursting（突发流量）最多20个请求，并限制每个IP的并发连接到20个。

2. 限制请求头和请求体的大小：

限制client_header_buffer_size，large_client_header_buffers，以及client_max_body_size，可以避免缓冲区溢出和请求体过大的攻击。

client_header_buffer_size 1k;
large_client_header_buffers 2 1k;
client_max_body_size 1m;

3. 超时设置：

调整各种超时，使攻击者不易消耗服务器资源。

client_body_timeout 10;
client_header_timeout 10;
keepalive_timeout 5;
send_timeout 10;

4. 关闭不必要的HTTP方法：

通过允许有限的HTTP方法来降低攻击的风险。

if ($request_method !~ ^(GET|HEAD|POST)$) {
    return 444;
}

5. 启用HTTP/2：

HTTP/2提供更强的连接多路复用（Multiplexing），使用它替代HTTP/1.1可以提高性能并减少连接开销。

listen 443 ssl http2;

6. 添加防火墙规则或使用第三方安全服务：

使用操作系统级的防火墙（如iptables或firewalld），或者配置Web应用防火墙（WAF），阻止可疑IP。云基础设施通常提供额外的DDoS保护服务。

7. 监测日志：

定期监测和分析Nginx访问日志以及错误日志，及时发现非正常流量模式。

8. 限制IP来源：

对于已知的攻击者IP，可以直接在Nginx配置中拒绝服务。

deny 192.168.1.1;

9. 部署服务于不同的后端服务器：

使用Nginx作为反向代理和负载均衡器，将服务部署在多个后端服务器上，分散风险。

请记住，没有单一策略能保障完全免受DDoS攻击，有效的防御需要多层级和多维度的策略结合，并根据攻击的类型和规模动态调整策略。对于大规模和复杂的DDoS攻击，建议结合Nginx配置和专业的DDoS防御服务。

6 HTTPS 和 SSL

6.1 如何在 Nginx 中配置 SSL 证书？

在 Nginx 中配置 SSL 证书以启用 HTTPS 连接，涉及生成或获取 SSL 证书和私钥、更新 Nginx 配置文件以及重启 Nginx 服务。以下是详细步骤：

步骤 1: 获取 SSL 证书和私钥

首先，你需要一个 SSL 证书和与之对应的私钥。这些可以通过以下途径获得：

  • 自签名证书：
    适用于开发和测试环境，可自己生成。

  • 权威证书颁发机构 (CA)：
    对于生产环境，应该从可信赖的 CA 购买或领取免费证书（如 Let’s Encrypt）。

如果从 CA 获取，你通常会收到以下文件：

  • .crt 或 .pem 文件：包含你的服务器公钥的证书文件。
  • .key 文件：包含你的服务器私钥。

步骤 2: 配置 Nginx

  1. 复制证书和私钥：
    将证书和私钥放到服务器的安全位置，如 /etc/nginx/ssl/。

  2. 访问 Nginx 配置文件：
    找到并编辑你的 Nginx 站点配置文件，通常在 /etc/nginx/sites-available/ 目录内。

  3. 修改 Nginx 配置：

    • 在 server 块中，设置 listen 指令以侦听 443 端口，并声明使用 SSL。
    • 使用 ssl_certificate 指明证书文件的位置。
    • 使用 ssl_certificate_key 指明私钥文件的位置。
    • 可选择性配置其他 SSL 参数，如 ssl_session_cache、ssl_protocols 等。
server {
    listen 443 ssl;
    server_name ;

    ssl_certificate /etc/nginx/ssl/your_certificate.crt;
    ssl_certificate_key /etc/nginx/ssl/your_private.key;

    ssl_session_cache shared:SSL:1m;
    ssl_session_timeout 5m;
    ssl_protocols TLSv1.2 TLSv1.3;
    ssl_ciphers 'ECDHE-RSA-AES128-GCM-SHA256:...';
    ssl_prefer_server_ciphers on;

    # 其他常规配置...
}
  1. （可选）HTTP 到 HTTPS 重定向：
    • 如果你还希望通过 HTTP 访问的请求自动重定向到 HTTPS，你可以增加一个额外的 server 块监听 80 端口，并做相应的重定向处理。
server {
    listen 80;
    server_name ;
    return 301 https://$host$request_uri;
}

步骤 3: 测试和重启 Nginx

在应用更改前，检查 Nginx 配置是否有语法错误：

sudo nginx -t

如果测试通过，可以重启 Nginx 服务使更改生效：

sudo systemctl restart nginx
# 或者使用以下命令
sudo service nginx restart

步骤 4: 验证 HTTPS 连接

在浏览器中访问你的站点，并使用 https:// 前缀。你应该会看到一个安全的锁图标，表明 SSL 证书配置成功。

注意：影响 SSL 安全性的因素有很多，你应当定期更新 Nginx 和 SSL/TLS 相关配置，以保证符合当前的最佳实践，例如禁用弱加密算法和协议。如果你使用的是 Let’s Encrypt 等自动化证书服务，可能还需要配置自动续签证书的方式。

6.2 解释 HTTP/2 在 Nginx 中的配置和好处。

HTTP/2 是 HTTP 协议的第二个主要版本，它旨在通过引入一些新的特性来提高网站加载速度和用户体验。Nginx 从 1.9.5 版本开始支持 HTTP/2，以替代旧版的 SPDY 协议。

HTTP/2 的好处

  1. 多路复用（Multiplexing）：在单一连接上并行传输多个请求和响应，减少了网络延迟，以及排队和阻塞的问题。
  2. 头部压缩（Header Compression）：通过 HPACK 压缩算法减少头部大小，降低带宽消耗和延迟。
  3. 服务器推送（Server Push）：允许服务器在客户端请求之前预先发送资源，减少往返次数。
  4. 请求优先级（Priority of Requests）：可以为不同的请求设置优先级，让关键资源优先加载。

在 Nginx 中启用 HTTP/2

要在 Nginx 中启用 HTTP/2，需要对 Nginx 进行编译支持 SSL，因为 HTTP/2 需要 TLS 加密。你可以使用 nginx -V 命令来检查 SSL 模块是否已经安装。之后，你可以通过修改 Nginx 配置文件来启用 HTTP/2。

以下是一个基本的配置示例（在 server 块中）：

server {
    listen 443 ssl http2; # 添加 http2 参数启用 HTTP/2
    server_name ;

    ssl_certificate /path/to/your/; # SSL 证书
    ssl_certificate_key /path/to/your/; # SSL 私钥

    # 其他 SSL 相关配置...
    
    # 服务器的其他配置...
}

启用 HTTP/2 后，Nginx 将会自动处理 HTTP/2 的连接。用户无需任何特别的修改即可从 HTTP/2 的优势中获益。

注意事项

  1. TLS 配置：由于HTTP/2 需要通过 TLS/SSL 运行，确保你安装了有效的 SSL 证书，并采取现代化的安全措施，如使用强加密套件。

  2. 测试配置：在应用任何新配置后，使用 nginx -t 命令来测试它，并确保语法正确无误。

  3. 平缓升级：平缓从 HTTP/ 过渡到 HTTP/2。虽然大多数现代浏览器都支持 HTTP/2，但要考虑旧版本浏览器的兼容性。

  4. 性能监控：部署之后，监控应用的性能，确保 HTTP/2 正在提供预期的效益。

  5. 防火墙和网络设备：确保所有中间网络设施（如防火墙、负载均衡器）都支持 HTTP/2，否则可能需要更新配置或硬件。

HTTP/2 对于提升网站性能非常有益，尤其是在复杂的页面或应用程序中负载较重时。通过在 Nginx 中启用 HTTP/2，可以不费吹灰之力升级基础设施，改善最终用户的体验。

6.3 如何强制 Nginx 使用 HTTPS？

强制 Nginx 使用 HTTPS 意味着你需要配置服务器以便自动将所有 HTTP 请求重定向到 HTTPS。这通常通过在 Nginx 配置文件中设置 301 Moved Permanently 的 HTTP 重定向来实现。以下是一个基础的步骤指南：

步骤 1: 准备 SSL/TLS 证书

为了使用 HTTPS，你首先需要获取一个 SSL/TLS 证书，并将其安装到服务器上。这可以是一个从证书颁发机构 (CA) 购买的证书，或者通过 Let’s Encrypt 等服务免费获取的证书。

将证书 () 和私钥 () 放置在服务器上的安全位置，并保证 Nginx 服务器对这些文件有读取权限。

步骤 2: 配置 Nginx 以支持 HTTPS

在 Nginx 配置文件中（通常是在 /etc/nginx/ 或 /etc/nginx/sites-available/your-website），设置使用 SSL 证书和私钥的 HTTPS 服务器：

server {
    listen 443 ssl;
    server_name your_domain.com;
    
    ssl_certificate /path/to/your/;
    ssl_certificate_key /path/to/your/;

    # ... additional SSL settings such as protocols, ciphers ...

    # Your server's other configuration like location blocks ...
}

步骤 3: 配置 HTTP 到 HTTPS 重定向

配置另一个服务器块来处理 HTTP 请求，并将其全部重定向到 HTTPS：

server {
    listen 80;
    server_name your_domain.com www.your_domain.com;
    
    return 301 https://$server_name$request_uri;
}

这个配置告诉 Nginx 监听端口 80 上的 HTTP 请求，并使用 return 301 使所有传入的 HTTP 请求重定向到对应的 HTTPS URL。

步骤 4: 重载 Nginx 配置

将你的配置变更应用到 Nginx 服务器，通常需要重新加载或重启 Nginx。

sudo systemctl reload nginx

或者

sudo service nginx reload

注意事项

  • 确保 Nginx 的 SSL 配置符合最佳实践，比如禁用弱加密套件，启用 TLS 1.2 及以上版本。
  • 考虑使用 HSTS (HTTP Strict Transport Security) 以提高安全性。
  • 在改动配置之后，检查所有改动以确保没有配置错误，并测试重定向是否按预期工作。

通过上述步骤，你可以确保你的 Nginx 服务器会强制客户端使用 HTTPS 连接，从而提高安全性和数据保护。

7 高可用性和故障转移

7.1 如何配置 Nginx 高可用性集群？

配置 Nginx 高可用性（HA）集群通常涉及冗余配置、负载均衡和故障切换策略。下面是配置 Nginx 高可用性集群的步骤：

步骤一：设置负载均衡

  1. 多个 Nginx 服务器：
    在多台服务器上安装 Nginx，并配置相似的服务设置。确保每一个实例都能独立服务请求。

  2. 上游负载均衡：
    使用硬件负载均衡器或软件负载均衡器（如 HAProxy）来分发流量到不同的 Nginx 服务器。配置负载均衡策略，例如轮询（round-robin）或最少连接（least-connections）。

步骤二：配置故障切换

  1. 使用心跳或 Keepalived：
    安装和配置心跳（Heartbeat）或 Keepalived 这类工具来监控 Nginx 服务器的状态，并进行故障切换。

  2. 虚拟 IP 地址（VIP）：
    使用虚拟 IP 地址作为 Nginx 服务的入口点，实现无缝的故障转移。

  3. 故障转移测试：
    定期进行故障转移测试，确保系统能够按预期进行切换。

步骤三：确保数据同步

  1. 配置同步：
    对于配置文件或 SSL 证书，使用配置管理工具（如 Ansible、Chef、Puppet）、分布式文件系统（如 GlusterFS）、或手动同步确保所有 Nginx 服务器上的配置一致。

  2. Session 持久性：
    如果应用需要，通过共享会话状态（例如使用 Redis、Memcached 作为会话存储）来保持会话持久性。

步骤四：监控和日志

  1. 监控：
    使用如 Nagios、Zabbix 或 Prometheus 等监控工具实时监控 Nginx 服务器的健康状况和性能指标。

  2. 集中日志管理：
    配置 ELK（Elasticsearch、Logstash、Kibana）堆栈或其他日志管理解决方案（如 Graylog、Fluentd）来集中管理日志。

步骤五：安全措施

  1. 安全性：
    确保所有的 Nginx 节点都应用了安全最佳实践，比如 SSL 加密、安全头部、WAF（Web Application Firewall）等。

通过这些步骤，你可以创建一个适应性强，自动故障转移，并且可以扩容的 Nginx 高可用集群。持续的监控、日志记录和定期测试对保障集群的稳定运行至关重要。

7.2 Nginx 故障转移有哪些策略？

在使用 Nginx 作为负载均衡器时，故障转移（Failover）是一种重要的机制，能够保证当一个或多个后端服务器出现问题时，流量能够自动转移到健康的服务器上。以下是 Nginx 中几种常见的故障转移策略：

1. 自动剔除故障节点

Nginx 可以配置为在后端服务器无响应时自动将其从负载均衡池中剔除。

  • 使用 max_fails 和 fail_timeout 参数配置，在一定时间内允许的失败次数，失败足够多次即暂时撤销该服务器的资格。
upstream backend {
    server  max_fails=3 fail_timeout=30s;
    server  max_fails=3 fail_timeout=30s;
}

2. 基于探针的健康检查

通过第三方模块如 ngx_http_healthcheck_module，Nginx 可以执行有意义的健康检查探针，动态监测后端服务器的健康状态。

3. 主动健康检查

Nginx Plus（付费版本）提供了主动的健康检查功能，可以主动测试后端服务器并标识故障。

4. 备用服务器

可配置一个或多个备用服务器（backup），如果所有常规服务器都不可用，请求会转发到备用服务器。

upstream backend {
    server ;
    server ;
    server  backup;
}

5. 权重调整

通过调整各后端服务器的权重，可以在服务器出现问题时调整流量分配策略，将权重较低的服务器作为备用，或者在检测到问题时动态减小其权重。

6. 整体超时和重试

设置适当的 proxy_connect_timeout、proxy_send_timeout、proxy_read_timeout 和 proxy_next_upstream，确保在后端服务器超时或出错时重试或切换到其他服务器。

location / {
    proxy_pass http://backend;
    proxy_connect_timeout 10s;
    proxy_send_timeout 10s;
    proxy_read_timeout 10s;
    proxy_next_upstream error timeout http_500 http_502 http_503 http_504;
}

7. 服务器权利下放

在可能或必要时，可以完全屏蔽某些异常表现的服务器，直接通过 Nginx 配置文件将它们从上游组中移除并重新加载配置。

8. 利用第三方工具和脚本

通过定制脚本或第三方工具，如 Consul 或 Etcd 结合 Nginx，可以实现更智能的故障转移策略。

选择故障转移策略时需考量可能的故障范围和业务持续性的要求。对于关键业务流量，建议组合使用多种故障转移策略以增加系统的健壮性。需要注意的是，过于复杂的故障转移策略可能增加系统维护的难度，应当在保证系统可维护性的前提下设计故障转移方案。同时，定期的压力测试和故障模拟可以帮助优化故障转移策略。

7.3 Nginx 如何与心跳或 Keepalived 配合实现故障切换？

Nginx 与心跳（Heartbeat）或 Keepalived 配合实现故障切换（Failover）涉及到设置一种高可用（HA）环境，其中Nginx 服务器以主备模式运行。当主服务器发生故障时，备份服务器能够自动接管，保持服务可用性。

Keepalived 是一个基于VRRP（虚拟路由器冗余协议）的高可用解决方案，而心跳是另一个用于监测和冗余的工具。以下是大致的配置流程：

Keepalived配置：

  1. 安装Keepalived：
    在两个Nginx服务器上安装Keepalived。

  2. 配置Keepalived：
    各个Nginx服务器都需要配置Keepalived，分别作为Master和Backup角色。配置文件通常位于/etc/keepalived/。

    # Master配置
vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface eth0
    virtual_router_id 51
    priority 100
    advert_int 1
    virtual_ipaddress {
        192.168.0.100
    }
}

# Backup配置
vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    interface eth0
    virtual_router_id 51
    priority 50
    advert_int 1
    virtual_ipaddress {
        192.168.0.100
    }
}

    这里virtual_ipaddress是两台服务器共享的浮动IP，应用端访问此IP即可。

  3. 在Nginx配置监听虚拟IP：
    配置Nginx监听Keepalived配置的virtual_ipaddress。

  4. 启动Keepalived服务：
    在两台Nginx服务器上启动Keepalived服务。Keepalived会通过VRRP协议保持通信，当发现主服务器不再发送通告时，备份服务器将接管虚拟IP。

心跳配置（不适用于Keepalived，作为一个可选方案）：

  1. 安装Heartbeat：
    在两台Nginx服务器上安装Heartbeat。

  2. 配置Heartbeat：
    配置Heartbeat的文件，设置两台服务器的IP和心跳频率。

  3. 配置资源控制：
    在haresources文件中定义浮动IP以及需要进行故障转移的资源，例如Nginx服务。

  4. 启动Heartbeat服务：
    在两台Nginx服务器上启动Heartbeat服务。

  5. 测试故障切换：
    关闭主服务器的Nginx或网络接口以模拟故障，确认备份服务器是否能够接管服务。

  6. 监控和日志分析：
    定期监控和分析两台服务器的日志，确保心跳信号正常并且故障转移能够按预期执行。

无论是使用Keepalived还是心跳，都应在生产部署前详细测试配置，确保系统能在发生故障时快速且正确地进行故障转移。请注意，Keepalived通常是首选方案，因为它基于标准协议VRRP，而且配置和管理较简便。心跳已较少被使用，并且在现代高可用部署中，通常被Keepalived、Corosync / Pacemaker等工具替代。

8 日志处理和监控

8.1 Nginx 日志文件中记录了哪些信息？

Nginx 的日志文件分为两类：访问日志（access log）和错误日志（error log）。这些日志文件记录了 Nginx 服务器运行过程中的关键信息，有助于开发者和系统管理员了解服务器性能、监控流量、诊断问题和安全分析。

访问日志（Access Log）

访问日志记录了有关客户端请求的信息。默认配置下，每个 HTTP 请求都会被记录下来。访问日志记录的信息通常包括但不限于：

  • 客户端的 IP 地址
  • 请求时间和日期
  • 请求行（通常包含 HTTP 方法、请求的 URI 和 HTTP 协议版本）
  • 响应状态码（如 200、404、500 等）
  • 发送给客户端的响应体字节数
  • 引用页（referrer），即发出请求的页面 URL（通过 Referer 请求头）
  • 用户代理（user-agent），它包含客户端浏览器和操作系统的信息
  • 请求处理时间（可选配置）

访问日志的具体格式可以定制。Nginx 允许你选择记录哪些信息，以及它们记录的格式。例如通用日志格式（combined log format）是一种流行的配置选项，包含了上述大多数信息。

错误日志（Error Log）

错误日志包含了与 Nginx 处理 HTTP 请求过程中出现的问题有关的信息。错误日志对于调试配置问题以及运行时日志分析非常重要。错误日志记录的信息通常包括但不限于：

  • 发生错误的时间和日期
  • 错误的级别（如 info, notice, warn, error, crit, alert, emerg）
  • 错误的描述信息，可能包含具体的文件名、代码行数和错误原因
  • 哪个 worker 进程遇到了错误
  • 客户端的 IP 地址和可能相关的请求信息（根据错误类型）

错误日志级别可以配置，允许过滤记录某些级别的错误。

配置示例

在 Nginx 配置文件中，可以为每个 server 块配置访问日志和错误日志：

http {
    server {
        # ... 其他配置 ...

        access_log /var/log/nginx/;
        error_log /var/log/nginx/ warn;
        
        # ... 其他配置 ...
    }
}

在上面的例子中，所有访问请求将被记录到 /var/log/nginx/，而从 “warn” 级别以上的错误信息将被记录到 /var/log/nginx/。

日志管理

在管理服务器时，应当定期检查和分析这些日志信息，查找可能的错误、性能瓶颈或者安全问题。对于生产环境的 Nginx 服务器，通常需要配置日志轮转，防止日志文件过大消耗过多的磁盘空间。

日志分析工具

你可以使用如 awk、grep、cut 等命令行工具，或者更高级的日志分析工具和服务，如 Elastic Stack（ELK）、GoAccess、Apache Logs Viewer 等来分析 Nginx 日志。这些工具可以帮助你快速定位问题、理解流量模式和优化服务器配置。

8.2 如何设置 Nginx 访问日志和错误日志的格式？

在 Nginx 中配置访问日志和错误日志的格式允许你自定义记录到日志中的信息，以满足特定的监控和分析需求。日志配置涉及指定日志路径、日志级别以及日志信息的格式。

设置访问日志格式

Nginx 允许你通过 log_format 指令定义访问日志的格式，并且可以使用预定义的变量以及任意文本作为日志信息的一部分。你可以在 http 块中定义全局的日志格式，也可以在 server 或 location 块中指定特定的日志。

下面是配置自定义访问日志格式的示例：

http {
    log_format myformat '$remote_addr - $remote_user [$time_local] '
                        '"$request" $status $body_bytes_sent '
                        '"$http_referer" "$http_user_agent"';

    server {
        # 其他基础配置...

        access_log /var/log/nginx/ myformat; # 使用自定义的日志格式
    }
}

这里定义了一个 myformat 格式，它将记录如下信息：

  • 客户端 IP 地址
  • 客户端用户标识
  • 请求的时间戳
  • 完整的请求行
  • 响应的状态码
  • 发送给客户端的字节数
  • 引用页的 URL
  • 客户端用户代理

之后，在 access_log 指令中引用自定义格式，指定日志存放路径和使用的格式。

设置错误日志格式

Nginx 的错误日志格式不像访问日志那样灵活，不支持自定义格式。但是，你可以指定错误日志文件的路径以及日志级别。

server {
    # 其他基础配置...

    error_log /var/log/nginx/ warn; # 指定错误日志路径和级别
}

Nginx 错误日志级别包括下面几种（从最低级别到*别）：

  • debug: 最详细的信息，用于调试。
  • info: 较为详细的信息，不包括调试信息。
  • notice: 正常但有意义的条件。
  • warn: 警告级别，建议关注。
  • error: 一般的错误信息。
  • crit: 严重情况，需要尽快处理。
  • alert: 必须被立即采取行动的情况。
  • emerg: 系统不可用。

您应该根据实际需要选择恰当的日志级别。

注意事项

  • 日志文件可能会随着时间迅速增长，建议配置日志轮转机制，如 logrotate，以防硬盘空间被填满。
  • 出于隐私和合规性考虑，要小心记录并存储可能包含敏感信息的日志数据。
  • 在生产环境中，调整错误日志级别以避免记录过多的调试信息，这可能会降低 Nginx 的性能并占用更多磁盘空间。
  • 细粒度的访问日志有助于问题排查和性能监控，可以根据需要收集与业务相关的详细信息。

配置访问日志和错误日志的格式是一种常见和有力的方式，对于理解 Nginx 的行为并优化你的 Web 应用至关重要。通过自定义日志格式，你可以提高问题诊断的效率并深入分析应用的访问模式。

8.3 Nginx 中的监控工具和指标有哪些？

Nginx 提供了多种工具和指标来监控服务器的性能和健康状态。以下是 Nginx 监控中常用的一些工具和指标：

监控工具：

  1. Nginx’s Stub Status Module：
    提供了基本的状态信息，它可以显示处理中的活动连接数、接收和发送的请求数量等指标。这需要在配置文件中开启。

    location /nginx_status {
   stub_status on;
   access_log off;
   allow 127.0.0.1;  # 只允许本地访问
   deny all;          # 拒绝其他所有请求
}

  2. Nginx Plus’s Live Activity Monitoring：
    Nginx Plus 提供了增强的实时监控功能，包括详细的连接和请求的图形化指标。

  3. 第三方监控工具：

    • Datadog、New Relic、Dynatrace 和其他 APM 工具提供了对 Nginx 的监控。
    • Grafana + Prometheus：可以通过导出 Nginx 指标到 Prometheus 并用 Grafana 绘制来监控 Nginx。

  4. 日志分析工具：

    • 通过分析访问日志和错误日志，使用 Elastic Stack（Elasticsearch, Logstash, Kibana）、GoAccess、AWStats 等工具可获取站点访问统计和错误信息。

监控指标：

  1. 活动连接数：当前打开的连接数。
  2. 请求数：服务器处理的请求总数。
  3. 接受连接数：总共接受的连接数。
  4. 握手失败数：SSL/TLS 握手失败数。
  5. 传输字节：传输的数据量。
  6. 5xx 错误率：服务器错误的请求率。
  7. Upstream 时间：Nginx 到上游服务器的等待时间和响应时间。
  8. 缓存命中率：缓存对象的命中率。
  9. 连接处理时间：处理每个连接的平均时间。
  10. 请求处理时间：处理每个请求的平均时间。

配置监控：

对于 Nginx 监控的配置，你通常需要在 Nginx 配置文件中开启 Stub Status Module，并可能需要进一步设置日志记录。

为了更好地监控 Nginx：

  • 将 Nginx 日志结构化，并将其导出到*日志系统中进行分析。
  • 定期查看和分析监控数据，以便能够及时发现可能的性能问题。
  • 设置预警机制，例如通过监控工具提供的阈值预警或集成到消息通知系统中。

使用上述的监控工具和指标，您可以确保对 Nginx 的性能和稳定性有全面的了解，及时响应任何可能的性能问题。

9 性能测试和调优

9.1 Nginx 性能压力测试工具有哪些？

进行 Nginx 性能压力测试时，有多种工具可用于评估服务器性能、承载能力以及不同配置对性能的影响。以下是一些流行的 Nginx 性能压力测试工具：

  1. ApacheBench (ab)：
    是 Apache HTTP 服务器附带的一个简单的命令行工具，常用于基本的性能测试。

  2. JMeter：
    Apache JMeter 是一个开源的负载测试工具，可以用来对 Web 应用执行性能和压力测试。

  3. wrk：
    wrk 是一个现代的 HTTP 基准测试工具，能够生成大量并发请求，在高负载下测试 Web 服务器性能。

  4. siege：
    siege 是一个 HTTP 压力测试和基准测试工具，可用于评估 Web 服务器的性能。

  5. Gatling：
    Gatling 是一个强大的负载测试工具，它为复杂的性能测试和集成提供了丰富的功能。

  6. LoadRunner：
    LoadRunner 是 Micro Focus（原 Hewlett-Packard）开发的性能测试工具，功能全面且专业，适合执行复杂的性能评估。

  7. Locust：
    Locust 是用 Python 编写的开源负载测试工具，它允许你编写可执行复杂行为的模拟用户脚本。

  8. k6：
    k6 是一个开源的负载测试工具，侧重于开发人员友好和自动化测试集成。

  9. Vegeta：
    Vegeta 是一个用 Go 语言编写的 HTTP 负载测试工具，目标是构建易于理解和简单的性能测试。

  10. WebLOAD：
    WebLOAD 是一个高级负载、性能和压力测试工具，它提供了富集的度量和分析功能。

  11. Taurus：
    Taurus 是一个自动化测试工具，可以作为 JMeter 和其他测试工具的前端，提供更好的用户体验和结果分析。

当选择压力测试工具时，应该考虑到你希望模拟的场景的复杂程度、测试结果的分析需求、以及可能需要集成的其他系统。此外，如果是使用开源工具，也需要考虑社区支持的强度以及文档的完整性。使用这些工具对 Nginx 进行性能压力测试，可以帮助你明确当前配置下的性能瓶颈，为进一步优化提供数据支撑。

9.2 常见的 Nginx 性能瓶颈及调优技巧。

Nginx 作为一个性能优异的 Web 服务器和反向代理，通常能够处理高并发请求。但在某些场景下，如果配置不当或资源受限，Nginx 也可能会遇到性能瓶颈。了解常见的性能瓶颈和一些调优技巧有助于提高 Nginx 的性能和稳定性。

常见的性能瓶颈：

  1. CPU 瓶颈：

    • 同时处理大量的 SSL/TLS 握手。
    • 使用高 CPU 负载的第三方模块，比如 Lua 脚本处理。

  2. 内存瓶颈：

    • 大量持久连接（如 WebSocket、HTTP/2）导致内存消耗增长。
    • 大量使用缓存和应用层面的存储造成的内存过载。

  3. 磁盘I/O瓶颈：

    • 访问日志、错误日志量大，写入速度追不上请求量。

  4. 网络瓶颈：

    • 带宽不足或网络延迟高。

调优技巧：

  1. 调整工作进程（worker processes）：
    设置 worker_processes 为与服务器 CPU 核心数相同。可以配置 worker_processes auto; 让 Nginx 自动检测。

  2. 优化连接处理能力：
    修改 worker_connections 来增加每个工作进程允许的最大连接数。

  3. 使用 keepalive 连接池：
    配置 keepalive_requests 和 keepalive_timeout 以复用连接，减少开销。

  4. 开启 Gzip 压缩：
    应用 Gzip 压缩可以减少传输的数据量，加快响应速度。

  5. 禁用访问日志或使用缓冲写入：
    如果访问日志不是必须的，可以考虑禁用。如果需要，可以配置缓冲写入。

  6. 为高速缓存加载静态文件：
    使用 open_file_cache 指令可以减少静态文件请求的磁盘 I/O。

  7. 缓存优化：
    适当配置 proxy_cache、fastcgi_cache 等来缓存动态内容，降低后端服务的压力。

  8. 缓解 SSL/TLS 性能压力：
    启用 SSL/TLS 会话复用和配置带硬件加速的 OpenSSL。

  9. 使用 HTTP/2（如果适用）：
    HTTP/2 提供了请求管道化和头部压缩等优势。

  10. TCP 参数调优：
    调整系统的 TCP 参数，例如增加 TCP 接收缓冲区和发送缓冲区的大小。

  11. 限制资源使用：
    使用 limit_req、limit_conn 等指令限制过量的请求或连接。

  12. 关闭不必要的模块和服务：
    减少不必要的模块加载，以减少性能开销。

  13. 监控与分析：
    使用监控工具来持续跟踪 Nginx 的性能，并查找潜在的瓶颈。

在进行性能调优之前，评估目前的性能状况非常重要，这可以通过压力测试来完成。此外，为了减少未来性能问题的可能性，还应该考虑实现充足的容量规划，并跟踪资源使用的趋势。

9.3 Nginx 中的连接处理优化如何进行？

在 Nginx 中优化连接处理通常涉及对操作系统和 Nginx 本身的一系列配置调整，目的是提高性能、降低延迟、提升并发处理能力以及确保资源的有效利用。以下是一些关于 Nginx 连接处理优化的建议和步骤：

调整 Nginx 配置

  1. 调整 worker 进程数：
    设置 worker_processes 指令的数值通常等于服务器的CPU核数，以充分利用CPU资源：

    worker_processes auto;

  2. 调整 worker 连接数：
    worker_connections 指明每个 worker 进程能够同时打开的最大连接数。此数值与系统的文件描述符限制紧密相关，应根据实际需要进行调整：

    events {
    worker_connections  1024;
}

  3. 使用更高效的一个事件模型：
    对于事件处理模型，建议使用 epoll：

    events {
    use epoll;
}

    注意：epoll 是 Linux 特定的。

  4. 调整 keepalive 超时：
    keepalive_timeout 指令设置了持久连接保持活动的时间。正确设置可以防止资源无限期占用：

    http {
    keepalive_timeout  15;
}

  5. 开启 TCP nodelay：
    为减少网络延迟，应开启 tcp_nodelay：

    http {
    tcp_nodelay on;
}

  6. 启用 TCP nopush：
    与 tcp_nodelay 一同使用，tcp_nopush 在发送响应时设置 TCP 的 CORK 选项，有助于优化发送文件的性能：

    http {
    tcp_nopush on;
}

操作系统层面的调整

  1. 增加文件描述符限制：
    操作系统对每个进程可打开的最大文件描述符数量有限制，可以通过 ulimit 命令或更改 /etc/security/ 文件来增加限制。

  2. 优化网络内核参数：
    编辑 /etc/ 文件来配置 TCP/IP 栈：

    # 减少 TIME_WAIT 套接字的数量
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 15
# 开启 TCP 连接中的 time-wait sockets 的快速回收
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
# 减少所需的 TIME_WAIT 套接字的数量
net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 1440000
# 如果需要开启更多的端口范围
net.ipv4.ip_local_port_range = 1024 65535

  3. 优化磁盘 I/O 性能：
    如果 Nginx 配置了较大的日志文件或未设置日志缓冲，根据应用特点调整文件系统和磁盘的 I/O 性能（例如使用 SSD 磁盘可以显著提高 I/O 性能）。

监控和日志分析

  1. 定期监控性能：
    使用 htop、iostat、iotop、dstat 等工具监控系统的负载和资源使用情况。

  2. 查看和分析日志：
    定期检查 Nginx 的错误日志和访问日志，寻找频繁出现的错误或瓶颈。

  3. 对性能进行基准测试：
    对 Nginx 的配置更改使用工具如 ab (ApacheBench)、wrk 或 siege 进行基准测试和压力测试。

进行优化工作前，一定要记得备份当前的配置，这样在出现问题时可以快速回滚。且任何更改都应该一次进行一小部分，逐步测试效果。优化应该是一个持续的过程，随着应用和流量的变化持续进行调整。

相关文章