nginx不仅能作为web server，还具有反向代理、负载均衡和缓存的功能
一、nginx的反向代理和负载均衡功能
1、proxy模块
nginx通过proxy模块实现将客户端的请求代理至上游服务器，此时nginx与上游服务器的连接是通过http协议进行的。nginx在实现反向代理功能时的最重要指令为 proxy_pass，它能够并能够根据URI、客户端参数或其它的处理逻辑将用户请求调度至上游服务器上(upstream server)。
⑴proxy_pass URL;
设置后端服务器的协议和地址；这条指令可以设置的协议是“http”或者“https”，而地址既可以使用域名或者IP地址加端口（可选）的形式来定义：
proxy_pass http://localhost:8000/uri/;
如果解析一个域名得到多个地址，所有的地址都会以轮转的方式被使用。当然，也可以使用服务器组来定义多个地址。
如果proxy_pass没有使用URI，传送到后端服务器的请求URI一般是客户端发起的原始URI，如果nginx改变了请求URI，则请求路径与配置中的路径的匹配部分将被替换为指令中定义的URI：
若nginx接到的请求的uri是/name/a.html
location /name/ {
proxy_pass http://192.168.30.20/remote/;
} #传送到后端服务器的URI是/remote/a.html
location /name/ {
proxy_pass http://192.168.30.20;
} #传送到后端服务器的URI是/name/a.html
location /name/ {
proxy_pass http://192.168.30.20/;
} #注意与上面用法的区别，这里地址末尾带有斜线，实际上被认为定义了URI，该“/”会替换“/name/"，传送到后端服务器的URI是/a.html。
如果使用正则表达式定义路径，则proxy_pass指令不应使用URI。例如：
location ~ ^/bbs {
proxy_pass http://www.magedu.com;
}
在需要代理的路径中，使用rewrite指令改变了URI，那么nginx将使用重写后的URI处理请求，而忽略proxy_pass指令设置的URI。如下面所示的例子中，传送给上游服务器的URI为/index.php?page=<match>。
location / {
rewrite /(.*)$ /index.php?page=$1 break;
proxy_pass http://localhost:8080;
}
⑵proxy模块的其它指令
①proxy_connect_timeout time;
与后端服务器建立连接的超时时间。一般不可能大于75秒；
②proxy_cookie_domain off; #取消当前配置级别的所有proxy_cookie_domain指令
proxy_cookie_domain domain replacement;
设置“Set-Cookie”响应头中的domain属性的替换文本，其值可以为一个字符串、正则表达式的模式或一个引用的变量；例如：
proxy_cookie_domain localhost example.org;
说明：
浏览器对 Cookie 有很多限制，如果 Cookie 的 Domain 部分与当前页面的 Domain 不匹配就无法写入。所以如果请求 A 域名，服务器 proxy_pass 到 B 域名，然后 B 服务器输出 Domian=B 的 Cookie，前端的页面依然停留在 A 域名上，于是浏览器就无法将 Cookie 写入。
不仅是域名，浏览器对 Path 也有限制。我们经常会 proxy_pass 到目标服务器的某个 Path 下，不把这个 Path 暴露给浏览器。这时候如果目标服务器的 Cookie 写死了 Path 也会出现 Cookie 无法写入的问题。
③proxy_cookie_path off;
proxy_cookie_path path replacement;
设置“Set-Cookie”响应头中的path属性的替换文本，其值可以为一个字符串、正则表达式的模式或一个引用的变量；例如：
proxy_cookie_path /two/ /;
若“Set-Cookie”响应头含有属性“path=/two/some/uri/”，那么该指令会将这个属性改写为“path=/some/uri/”。
④proxy_hide_header field;
nginx默认不会将“Date”、“Server”、“X-Pad”，和“X-Accel-...”响应头发送给客户端。该指令则可以设置额外隐藏的响应头，这些响应头也不会发送给客户端。相反的，如果希望允许传递某些响应头给客户端，可以使用proxy_pass_header指令。
⑤proxy_set_header field value;
重新定义或者添加发往后端服务器的请求头。value可以包含文本、变量或者它们的组合。例如：
proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr; #给请求头中添加客户端IP
proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
默认情况下，只有两个请求头会被重新定义：
proxy_set_header Host $proxy_host;
proxy_set_header Connection close;
如果某个请求头的值为空，那么这个请求头将不会传送给后端服务器：
proxy_set_header Accept-Encoding "";
⑥proxy_pass_request_headers on|off; #是否将http首部发往上游服务器
⑦proxy_pass_request_body on|off; #是否将http请求报文的包体部分发往上游服务器
⑧proxy_redirect [default|off|redirect replacement];
修改上游服务器传来的响应头中的"Location"和"Refresh"字段。例如：
proxy_redirect http://localhost:8000/two/ http://frontend/one/;
replacement字符串可以省略服务器名：
proxy_redirect http://localhost:8000/two/ /;
此时将使用代理服务器的主域名和端口号来替换。如果端口是80，可以不加。
⑨proxy_send_timeout time;
在连接断开之前两次发送至upstream server的写操作的最大间隔时长；
⑩proxy_read_timeout time;
在连接断开之前两次从接收upstream server接收读操作的最大间隔时长；
⑶proxy模块的内置变量
①$proxy_host：后端服务器的主机名和端口；
②$proxy_port：后端服务器的端口；
③$proxy_add_x_forwarded_for
将$remote_addr变量值添加在客户端“X-Forwarded-For”请求头的后面，并以逗号分隔。 如果客户端请求未携带“X-Forwarded-For”请求头，$proxy_add_x_forwarded_for变量值将与$remote_addr变量相同
2、upstream模块
如果有多个上游服务器，我们可以把它们放到一个组中，并且给它们赋予不同的权重和类型，进行负载均衡等，这些功能是由upstream模块实现的。
⑴配置语法：
upstream name {
server address [parameters];
...
}
示例：
upstream backend {
server backend1.example.com weight=5;
server backend2.example.com:8080;
server unix:/tmp/backend3;
server backup1.example.com:8080 backup;
}
server {
location / {
proxy_pass http://backend;
}
}
⑵uptream使用注意：
①只能用于http上下文
②各server只能直接使用IP或主机名，不要加协议
⑶默认情况下，nginx按加权轮转的方式将请求代理到各上游服务器。与上游服务器通信的时候，如果出现错误，请求会被传给下一个服务器，直到所有可用的服务器都被尝试过。如果所有服务器都返回失败，客户端将会得到最后通信的那个服务器的（失败）响应结果。
⑷地址可以是域名或者IP地址，端口是可选的（默认是80），或者是指定“unix:”前缀的UNIX域套接字的路径。如果一个域名解析到多个IP，本质上是定义了多个server。
⑸server后可定义的参数：
①weight=number #设定服务器的权重，默认是1。
②max_fails=number
设定Nginx与服务器通信的尝试失败的次数。在fail_timeout参数定义的时间段内，如果失败的次数达到此值，Nginx就认为服务器不可用。在下一个fail_timeout时间段，服务器不会再被尝试。失败的尝试次数默认是1。设为0就会停止统计尝试次数，认为服务器是一直可用的。
③fail_timeout=time #默认是10秒
设定：
统计失败尝试次数的时间段。在这段时间中，服务器失败次数达到指定的尝试次数，服务器就被认为不可用。
服务器被认为不可用的时间段。
④backup #标记为备用服务器。当主服务器不可用以后，请求会被传给这些服务器。
⑤down #标记服务器永久不可用，可以跟ip_hash指令一起使用
⑹upstream模块的其它负载均衡算法（用于upstream上下文）：
①ip_hash;
作用同lvs中的sh调度算法，将来自于同一个客户端的请求始终调度至同一台后端服务器（除了当服务器不可用的时候）
②least_conn;
将请求发送到活动连接数最少的那台服务器。如果这样的服务器有多台，就尝试按加权轮循来调度
③sticky cookie name [expires=time] [domain=domain] [httponly] [secure] [path=path];
session绑定，将来自于同一个客户端的请求始终调度至同一台后端服务器，从而实现客户端与后端服务器的session保持。
ip_hash指令无法实现对内网NAT用户的均衡，而sticky指令可以做到；
◆sticky工作原理：
1.客户端首次发起请求，请求头未带route的cookie。nginx接收请求，发现请求头没有route，则以轮询方式将请求代理给后端服务器。
2.后端服务器处理完请求，将响应头和内容返回给nginx。
3.nginx生成route的cookie，返回给客户端。route的值与后端服务器对应，可能是明文，也可能是md5、sha1等Hash值。
4.客户端接收请求，并创建route的cookie。
5.客户端再次发送请求时，带上route。
6.nginx接收到route，直接转给对应的后端服务器
参数说明：
domain：cookie作用的域名
path：cookie作用的路径
expires：cookie的过期时长
示例：
upstream backend {
server backend1.example.com;
server backend2.example.com;
sticky;
}
⑺health_check [interval=time] [fails=number] [passes=number] [uri=uri] [match=name];
对上游服务器组进行健康状态检测，用于location中；
参数说明：
interval=time #检测的间隔时长，默认为5秒
fails=number #连续检测失败多少次即认为上游服务器不可用，默认为1次
passes=number #上游服务器从不可用到可用状态时需要连续检测的次数，默认为1次
uri=uri #定义用于健康检测的URI，默认为“/”，即默认检测目标服务器的主页
match=name #指定一段配置来当作检测条件，默认当响应码为2XX或3XX时认为上游服务器是可用的
示例：
http {
server {
...
location / {
proxy_pass http://backend;
health_check uri=/.health.html match=welcome;
}
}
match welcome { #match配置段要位于http上下文
status 200;
header Content-Type = text/html;
body ~ "Welcome to nginx!";
}
}
3、fastcgi模块
nginx通过fastcgi模块实现将客户端的请求代理fastcgi server，此时nginx与fastcgi server的通信是通过fastcgi协议进行的
⑴fastcgi模块的常用指令：
①fastcgi_pass address; #指定fastcgi server的地址和端口，也支持使用unix sock；
例如：
fastcgi_pass localhost:9000;
fastcgi_pass 192.168.30.20:9000;
fastcgi_pass unix:/tmp/fastcgi.socket;
②fastcgi_bind address | off; #指定联系fpm服务器时使用的地址；
③fastcgi_param parameter value [if_not_empty];
定义传递给fastcgi server的参数；参数值可以是文本、变量或它们的组合，if_not_empty表示不为空时才传递
例：fastcgi_param SCRIPT_FILENAME /home/www/scripts/php$fastcgi_script_name;
④fastcgi_index name; #默认主页名；就是当URI中的文件名缺省时，使用此文件名作为变量$fastcgi_script_name的值；
⑤fastcgi_connect_timeout time; #连接fastcgi服务器的超时时长；
⑥fastcgi_send_timeout time; #向fastcgi服务传输数据的超时时长；
⑵通常建议nginx和fastcgi server（如php-fpm）部署在同一台服务器上，因为二者如果通过网络通信的话会造成额外的性能开销。
⑶配置示例：
location ~ \.php$ {
root /web/scrpts;
fastcgi_pass 127.0.0.1:9001;
fastcgi_index index.php;
fastcgi_param SCRIPT_FILENAME $fastcgi_script_name;
include fastcgi.conf;
}
注：nginx有两份fastcgi配置文件，分别是fastcgi_params和fastcgi.conf，它们唯一的区别是后者比前者多了一行 SCRIPT_FILENAME 的定义：
fastcgi_param SCRIPT_FILENAME $document_root$fastcgi_script_name;
二、nginx的缓存功能
nginx做为反向代理时，能够将来自上游服务器的响应缓存至本地，并在后续的客户端请求同样内容时直接从本地构造响应报文。nginx使用磁盘做缓存；
缓存将遵从上游服务器的响应报文首部中关于缓存的设定，如 "Expires"、"Cache-Control: no-cache"、 "Cache-Control: max-age=XXX"、"private"和"no-store" 等，但nginx在缓存时不会考虑响应报文的"Vary"首部。为了确保私有信息不被缓存，所有关于用户的私有信息可以在上游服务器上通过"no-cache" or "max-age=0"来实现，也可在nginx设定proxy_cache_key必须包含用户特有数据如$cookie_xxx的方式实现，但最后这种方式在公共缓存上使用可能会有风险。因此，在响应报文中含有以下首部或指定标志的报文将不会被缓存。
Set-Cookie
Cache-Control containing "no-cache", "no-store", "private", or a "max-age" with a non-numeric or 0 value
Expires with a time in the past
X-Accel-Expires: 0
与缓存有关的指令：
①proxy_cache zone | off; #定义一个用于缓存的共享内存区域，其可被多个地方调用；
②proxy_cache_key string; #设定在存储及检索缓存时用于“键”的字符串，可以使用变量为$uri其值，但使用不当时有可能会为同一个内容缓存多次；另外，将用户私有信息用于键可以避免将用户的私有信息返回给其它用户；
例如：proxy_cache_key "$host$request_uri;
③proxy_cache_lock on | off; #启用此项，可在缓存未命令中阻止多个相同的请求同时发往upstream，其生效范围为worker级别；
④proxy_cache_lock_timeout time; #proxy_cache_lock功能的锁定时长；
⑤proxy_cache_min_uses number; #某响应报文被缓存之前至少应该被请求的次数；
⑥proxy_cache_path path [levels=levels] keys_zone=name:size [inactive=time] [max_size=size] [loader_files=number] [loader_sleep=time] [loader_threshold=time] ;
定义一个用记保存缓存响应报文的目录，及一个保存缓存对象的键及响应元数据的共享内存区域(keys_zone=name:size)，其可选参数有：
levels：每级子目录名称的长度，有效值为1或2，每级之间使用冒号分隔，最多为3级；
inactive：非活动缓存项从缓存中剔除之前的最大缓存时长；
max_size：缓存空间大小的上限，当需要缓存的对象超出此空间限定时，缓存管理器将基于LRU算法对其进行清理；
loader_files：缓存加载器的每次工作过程最多为多少个文件加载元数据；
loader_sleep：缓存加载器的每次迭代工作之后的睡眠时长；
loader_threashold：缓存加载器的最大睡眠时长；
示例：
proxy_cache_path /data/nginx/cache/one levels=1 keys_zone=one:10m;
proxy_cache_path /data/nginx/cache/two levels=2:2 keys_zone=two:100m; ⑦proxy_cache_use_stale error | timeout | invalid_header | updating | http_500 | http_502 | http_503 |http_504 | http_403 | http_404 | off ...;
在无法联系到upstream服务器时的哪种情形下(如error、timeout或http_500等)让nginx使用本地缓存的过期的缓存对象直接响应客户端请求；
⑧proxy_cache_valid [code ...] time;
用于为不同的响应设定不同时长的有效缓存时长，例如：
proxy_cache_valid 200 302 10m;
⑨proxy_cache_methods GET | HEAD | POST ...; #为哪些请求方法启用缓存功能；
⑩proxy_cache_bypass string;
设定在哪种情形下，nginx将不从缓存中取数据。例如：
proxy_cache_bypass $cookie_nocache $arg_nocache $arg_comment;
proxy_cache_bypass $http_pragma $http_authorization;
nginx也可将后端fastcgi server的响应结果缓存：
fastcgi_cache
fastcgi_cache_path
fastcgi_cache_valid
...
这些指令用法同上述指令类似，不再赘述；
原文地址：http://9124573.blog.51cto.com/9114573/1773759
