第2章：核心概念理解

2.1 Nginx架构解析

2.1.1 主进程与工作进程模型

Nginx采用了多进程模型，主要包含两种类型的进程：

1. 主进程（Master Process）

   • 负责管理工作进程
   • 处理配置文件的加载和解析
   • 接收信号并向工作进程发送指令
   • 维护Nginx的运行状态

2. 工作进程（Worker Processes）

   • 实际处理客户端请求
   • 每个工作进程都是单线程的
   • 采用事件驱动模型处理并发连接
   • 数量通常设置为CPU核心数

进程启动流程：

1. 启动Nginx时，首先创建主进程
2. 主进程读取并解析配置文件
3. 主进程创建指定数量的工作进程
4. 工作进程开始监听端口，处理客户端请求

查看Nginx进程：

ps aux | grep nginx

预期输出：

root      1234  0.0  0.1  12345  6789 ?        Ss   10:00   0:00 nginx: master process /usr/sbin/nginx
www-data  1235  0.1  0.2  23456  7890 ?        S    10:00   0:01 nginx: worker process
www-data  1236  0.1  0.2  23456  7891 ?        S    10:00   0:01 nginx: worker process
www-data  1237  0.1  0.2  23456  7892 ?        S    10:00   0:01 nginx: worker process
www-data  1238  0.1  0.2  23456  7893 ?        S    10:00   0:01 nginx: worker process

2.1.2 事件驱动与非阻塞I/O

Nginx的高性能主要得益于其事件驱动模型和非阻塞I/O设计：

1. 事件驱动模型

   • 工作进程通过事件循环处理请求
   • 使用epoll（Linux）、kqueue（BSD/macOS）或select（Windows）等事件通知机制
   • 每个工作进程可以同时处理数千个并发连接

2. 非阻塞I/O

   • 当处理I/O操作时（如读取文件、网络通信），工作进程不会阻塞等待
   • 而是继续处理其他请求，直到I/O操作完成
   • 这种设计大幅提高了并发处理能力

事件处理流程：

1. 客户端请求到达Nginx
2. 工作进程接收请求并注册一个事件
3. 工作进程继续处理其他请求
4. 当请求数据准备好时，事件被触发
5. 工作进程处理该请求，返回响应

2.1.3 配置文件结构解析

Nginx的配置文件采用了层次化的结构，主要包含以下几个层次：

1. 全局块：定义全局配置项，影响整个Nginx服务器
2. events块：配置事件驱动模型的相关参数
3. http块：配置HTTP服务器的相关参数，包含多个server块
4. server块：配置虚拟主机，包含多个location块
5. location块：配置URL路径的处理规则

简化的配置文件结构：

# 全局块
user www-data;
worker_processes auto;
error_log /var/log/nginx/error.log;
pid /run/nginx.pid;

# events块
events {
    worker_connections 1024;
    use epoll;
}

# http块
http {
    include /etc/nginx/mime.types;
    default_type application/octet-stream;
    
    # server块
    server {
        listen 80;
        server_name example.com;
        
        # location块
        location / {
            root /var/www/html;
            index index.html;
        }
    }
}

2.2 配置文件语法基础

2.2.1 指令、块、上下文

Nginx配置文件的基本构建块是指令和块：

1. 指令

   • 单行配置，由名称和值组成
   • 以分号（;）结尾
   • 示例：worker_processes auto;

2. 块

   • 由大括号（{}）包围的一组配置
   • 可以嵌套其他块
   • 示例：events { ... }

3. 上下文

   • 指令和块生效的范围
   • 常见上下文：main、events、http、server、location
   • 指令只能在特定上下文中使用

常见指令及其上下文：

2.2.2 变量与继承规则

Nginx支持变量，用于在配置中动态引用值：

1. 内置变量

   • 由Nginx自动设置，以$开头
   • 示例：
     • $request_uri：完整的请求URI
     • $remote_addr：客户端IP地址
     • $http_user_agent：客户端浏览器信息
     • $status：HTTP响应状态码

2. 自定义变量

   • 使用set指令定义
   • 示例：set $my_var "hello";

3. 变量使用

   • 可以在配置文件中直接使用变量
   • 示例：access_log /var/log/nginx/$server_name.access.log;

4. 继承规则

   • 子上下文会继承父上下文的配置
   • 子上下文中的配置会覆盖父上下文的配置
   • 示例：在http块中设置的root会被server块中的root覆盖

2.2.3 主配置文件nginx.conf详解

主配置文件的主要部分：

1. 全局配置

   # 运行Nginx的用户
   user www-data;
   
   # 工作进程数量，通常设置为CPU核心数
   worker_processes auto;
   
   # 错误日志路径和级别
   error_log /var/log/nginx/error.log warn;
   
   # PID文件路径
   pid /run/nginx.pid;

2. 事件配置

events {
# 每个工作进程的最大连接数
worker_connections 1024;

# 使用的事件驱动机制
use epoll;

# 允许同时接收多个连接
multi_accept on;

}

3. **HTTP核心配置**
```nginx
http {
 # 包含MIME类型定义
 include /etc/nginx/mime.types;
 
 # 默认MIME类型
 default_type application/octet-stream;
 
 # 日志格式定义
 log_format main '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
                   '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
                   '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';
 
 # 访问日志路径和格式
 access_log /var/log/nginx/access.log main;
 
 # 启用sendfile系统调用，提高文件传输效率
 sendfile on;
 
 # 启用TCP_NOPUSH，提高网络传输效率
 tcp_nopush on;
 
 # 启用TCP_NODELAY，提高实时性
 tcp_nodelay on;
 
 # 长连接超时时间
 keepalive_timeout 65;
 
 # 启用gzip压缩
 gzip on;
 
 # 包含额外的配置文件
 include /etc/nginx/conf.d/*.conf;
 include /etc/nginx/sites-enabled/*;
}

2.2.4 配置文件验证与重载

1. 验证配置文件语法

   sudo nginx -t

2. 重载配置文件（不重启服务）

   sudo systemctl reload nginx

   或使用信号：

   sudo nginx -s reload

3. 重启Nginx服务

   sudo systemctl restart nginx

4. 停止Nginx服务

   sudo systemctl stop nginx

章节总结

在本章中，我们学习了：

1. Nginx架构：

   • 主进程与工作进程的职责
   • 事件驱动与非阻塞I/O模型
   • 进程启动流程

2. 配置文件结构：

   • 全局块、events块、http块、server块、location块
   • 指令、块、上下文的概念
   • 变量的使用和继承规则

3. 配置文件操作：

   • 主配置文件nginx.conf的详细解析
   • 配置文件验证方法
   • 重载和重启Nginx的命令

实践练习

1. 查看当前Nginx的进程状态
2. 尝试修改nginx.conf，调整worker_processes数量
3. 验证配置文件语法是否正确
4. 重载Nginx配置，观察进程变化
5. 查看错误日志和访问日志的内容

延伸阅读

• Nginx Architecture
• Nginx Events Module
• Nginx HTTP Module
• Nginx Variables

下一章：第3章：静态网站服务