Nginx服務(wù)器性能優(yōu)化研究

（連云港工貿(mào)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇連云港市，222061） 李 兵

常見Web服務(wù)器在為用戶提供服務(wù)時，一般有如下三種方式可選擇：多進(jìn)程方式、多線程方式和異步方式。實(shí)際運(yùn)用中，最大并發(fā)數(shù)與硬件性能和內(nèi)存、CPU數(shù)量都有很大關(guān)系的。CPU越多性能越高，可分配的內(nèi)存越多性能也就越高。提高Web服務(wù)器的并發(fā)連接處理能力有幾個基本條件：①基于線程；②基于事件的模型；③基于磁盤的異步I/O；④支持mmap 內(nèi)存映射。由于Nginx 能支持以上的各種特性，充分利用它具有event基于事件機(jī)制的特性，可以很好的解決高連接并發(fā)的難題。

1 Nginx服務(wù)器

Nginx 采用模塊化、事件驅(qū)動、異步、單線程及非阻塞的架構(gòu)，并大量采用了多路復(fù)用及事件通知機(jī)制。Nginx 會按需同時運(yùn)行多個進(jìn)程：一個主進(jìn)程master 和幾個工作進(jìn)程worker，如果配置了緩存還會有緩存加載器進(jìn)程cache loader 和緩存管理器進(jìn)程cache manager 等。在Nginx 中，連接請求由為數(shù)不多的幾個僅包含一個線程的進(jìn)程worker 以高效的run-loop 回環(huán)機(jī)制進(jìn)行處理，而每個worker 可以并行處理數(shù)千個的并發(fā)連接及請求。所有進(jìn)程均僅含一個線程，并主要通過“共享內(nèi)存”的機(jī)制實(shí)現(xiàn)進(jìn)程與進(jìn)程之間的通信。Nginx的代碼是由一個核心和一系列模塊組成，核心主要用于提供Web Server 的基本功能，以及Web 和Mail 反向代理的功能。Nginx的系列模塊提供了core內(nèi)核、event事件、HTTP服務(wù)、mail郵件、misc雜項(xiàng)五種類別，每一類模塊根據(jù)需要又有多種具體模塊。10 000 非活動的HTTP keep-alive 連接僅需要 2～3M 內(nèi)存，實(shí)現(xiàn)最小化的數(shù)據(jù)拷貝操作。

2 對Nginx服務(wù)器性能模塊進(jìn)行優(yōu)化

2.1 內(nèi)核core模塊的優(yōu)化

指定工作進(jìn)程數(shù)量并綁定進(jìn)程。一般為了提高CPU的使用率，可以設(shè)定系統(tǒng)進(jìn)程為可用的CPU總邏輯核數(shù)的2 倍，增強(qiáng)worker 進(jìn)程與CPU 的親和力；使用worker_cpu-affinity 指令通過調(diào)用函數(shù)將worker 進(jìn)程綁定到指定CPU 上。默認(rèn)配置為worker_processes auto 或 1，修改為 4。四核 CPU 綁定進(jìn)程為worker_cpu - affinity 0001 0010 0100 1000。定義進(jìn)程可以同時處理的文件數(shù)量。執(zhí)行命令worker_rlimit_nofile 65535，可以將worker 進(jìn)程數(shù)量從默認(rèn)值提高到65535。

2.2 事件驅(qū)動event模塊的優(yōu)化

使用epoll機(jī)制。它通過在Linux內(nèi)核中申請一個簡易的文件系統(tǒng)。把原先的調(diào)用分成了3 個部分：建立一個epoll對象、向epoll對象中添加套接字、收集發(fā)生的事件連接。epoll 沒有限止的fd 只與系統(tǒng)資源有關(guān)，是Linux高效網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，因此能夠高效支持百萬級別的句柄監(jiān)聽。合理設(shè)置每個worker進(jìn)程所能處理的連接數(shù)，通過worker_connections 和worker_processes 指令直接相乘能夠計算出最大客戶端連接數(shù)量。實(shí)現(xiàn)方法為向配置文件中寫入語句：worker_connections 10240；該數(shù)值默認(rèn)為1024。

2.3 HTTP服務(wù)內(nèi)核模塊的優(yōu)化

合理配置keepalive_timeout。用于設(shè)定客戶端的連接超時，使TCP連接能保持一定時間也就是多少秒，大于這個時間過后，服務(wù)器會關(guān)閉連接，工作中建議配置為75S：keepalive_timeout 75，以避免連接重建。關(guān)閉Nginx日志訪問。用戶訪問的日志通常會寫入日志文件中，用于系統(tǒng)分析和日志審計等工作，會提高系統(tǒng)負(fù)載，關(guān)閉日志寫入能提高系統(tǒng)性能。需要將配置文件中的默認(rèn)值access_log/var/log/Nginx/access.log修改為access_log off。

3 服務(wù)器底層優(yōu)化

3.1 系統(tǒng)進(jìn)程優(yōu)化

Linux 對于每個用戶，系統(tǒng)會限制用戶的最大進(jìn)程數(shù)。為提高性能，可以根據(jù)設(shè)備資源情況，設(shè)置各Linux 用戶的值，查看用戶打開最大進(jìn)程數(shù)可以執(zhí)行命令ulimit–u，從結(jié)果中得到的max user processes 的值就是系統(tǒng)限制最多可以運(yùn)行的進(jìn)程數(shù)量，它默認(rèn)是/proc/sys/kernel/threads-max 的值除以2，即系統(tǒng)線程數(shù)的一半。執(zhí)行命令ulimit–u 65535，用于修改最大進(jìn)程數(shù)值。

3.2 修改系統(tǒng)Linux對進(jìn)程的總限制

如果全局的kernel.pid_max=1024，那么即使將用戶的max user processes 的值設(shè)定為655356，用戶能打開的最大進(jìn)程數(shù)還是1024，無法達(dá)到65535。執(zhí)行命令：echo65535＞/proc/sys/kernel/pid_max，修改這個值才算是正確修改。此方法只是臨時生效，如果在/etc/sysctl.conf配置文件中添加kernel.pid_max=65535，才會使得機(jī)器重啟也會永久生效。

3.3 優(yōu)化PHPCGI

PHP 配置中默認(rèn)一次性開啟5 個PHPCGI 進(jìn)程，將 pm.max_children 數(shù)值改為64，表示開啟64 個php-cgi 進(jìn)程。另外需要將每個進(jìn)程在重置之前能夠執(zhí)行的最多請求數(shù)默認(rèn)值500 改為65535：pm.max_requests=65535。

4 Nginx服務(wù)器系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果

Nginx 在經(jīng)過優(yōu)化以后，能夠支持高達(dá)30 000并發(fā)連接數(shù)的響應(yīng)，并且消耗更少的資源，很好地解決了C10K 問題。根據(jù)本文的性能優(yōu)化對比測試，Nginx可以承受30 000以上的PHP(FastCGI)并發(fā)連接數(shù)，大約相當(dāng)于同等環(huán)境下Apache 的10 倍。一般來說，4GB內(nèi)存的服務(wù)器使用Apache一般能處理3 000 個并發(fā)連接，當(dāng)并發(fā)連接數(shù)達(dá)到25 00 時，服務(wù)器內(nèi)存和Swap空間用滿而系統(tǒng)幾乎崩潰，訪問延遲，而使用Nginx 優(yōu)化技術(shù)的服務(wù)器在30 000 并發(fā)連接下，開啟8個Nginx進(jìn)程消耗120M內(nèi)存（每個進(jìn)程約消耗15MB），開啟的64 個php-cgi 進(jìn)程消耗1 280M 內(nèi)存（每個php-cgi 進(jìn)程約消耗20M），加上系統(tǒng)自身消耗的內(nèi)存，總共消耗不到2GB內(nèi)存。在大流量情況下訪問Nginx 服務(wù)器的PHP 程序，速度仍然很快，網(wǎng)頁及程序執(zhí)行的時延也都在可控范圍內(nèi)。