Nginx的11個執行流程

1?Nginx簡介

圖片Web服務器市場份額

圖片

Nginx [engine x] 最初由 Lgor Sysoev 編寫。根據 Netcraft 的數據，到2020年9月，Nginx 服務或代理了25.76％站點，市場份額占到了約34.03％。

Nginx 被廣泛用作：

· HTTP服務器

· 反向代理服務器

· 郵件代理服務器

· 通用的TCP/UDP代理

?

2?Nginx架構

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?

Nginx服務由一個Master進程和多個Worker進程構成。Master進程的主要職責是讀取、解析配置文件，并維護工作進程。工作進程則負責實際的請求處理。

為了高效的在Worker之間分發請求，Nginx引入了依賴于操作系統的、高效的事件驅動模型。Worker進程的數量常常根據CPU核心數設置。這種模式的好處是每個worker進程都相互獨立，無需添加鎖，減少鎖的開銷。采用獨立的進程并且不相互影響，一個進程進程退出并不影響其他的進程。一個worker進程的異常退出只會影響當前worker的上的請求，不影響其他worker的請求，降低了風險。

?

3?分Nginx處理http請求的11個階段

Nginx 的11個執行階段以及對應的http模塊

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Nginx 的11個執行階段的枚舉類可以參考nginx源碼中的ngx_http_core_module.h 中ngx_http_phases枚舉

typedef enum {NGX_HTTP_POST_READ_PHASE = 0,NGX_HTTP_SERVER_REWRITE_PHASE,NGX_HTTP_FIND_CONFIG_PHASE,NGX_HTTP_REWRITE_PHASE,NGX_HTTP_POST_REWRITE_PHASE,NGX_HTTP_PREACCESS_PHASE,NGX_HTTP_ACCESS_PHASE,NGX_HTTP_POST_ACCESS_PHASE,NGX_HTTP_PRECONTENT_PHASE,NGX_HTTP_CONTENT_PHASE,NGX_HTTP_LOG_PHASE
} ngx_http_phases;

模塊介紹可以參考Modules reference

11個執行階段的各個模塊的執行流程圖：

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3.1?post_read 階段介紹

Nginx的第一個階段post_read 階段是在正式處理請求之前工作的。在這個階段剛剛獲取了請求頭的信息，還沒有進行任何處理。我們可以拿到當前請求的原始數據，比如當前請求的真實IP。

在http協議中有兩種方式獲取用戶IP：

· X-Forwardex-For 是用來傳遞 IP 的，這個頭部會把經過的節點 IP 都記錄下來。

· X-Real-IP：可以記錄用戶真實的 IP 地址，只能有一個。

3.1.1 ngx_http_realip_module 模塊介紹

post_read涉及到的模塊 ngx_http_realip_module 當前模塊不會自動編譯進Nginx中所以需要手動編譯進入nginx源碼文件夾中執行下列操作

./configure --with-http_realip_module

· 配置示例

set_real_ip_from 192.168.1.0/24;
set_real_ip_from 192.168.2.1;
set_real_ip_from 2001：0db8 :: / 32;
real_ip_header X-Forwarded-For;
real_ip_recursive on;

· 內嵌變量

$realip_remote_addr #保留原始客戶地址
$realip_remote_port #保留原始客戶端端口

· 模塊指令

當前模塊有三個指令 set_real_ip_from、real_ip_header、real_ip_recursive

· set_real_ip_from

句法：	set_real_ip_from address | CIDR | unix:;
默認：	-
內容：	http，server，location

指定可信的地址，只有從該地址建立的連接，獲取的 realip 才是可信的

· real_ip_header

句法：	real_ip_header field | X-Real-IP | X-Forwarded-For | proxy_protocol;
默認：	real_ip_header X-Real-IP;
內容：	http，server，location

指定從哪個頭部取真實的 IP 地址，默認從 X-Real-IP 中取，如果設置從 X-Forwarded-For 中取，會先從最后一個 IP 開始取

· real_ip_recursive

句法：	real_ip_recursive on | off;
默認：	real_ip_recursive off;
內容：	http，server，location

環回地址，默認關閉，打開的時候，如果 X-Forwarded-For 最后一個地址與客戶端地址相同，會過濾掉該地址

· 實戰 realIp 模塊

修改nginx.conf 配置文件內容如下：

server {listen       80;server_name  abbila.com;set_real_ip_from 10.211.55.2;real_ip_recursive  off;#real_ip_recursive  on;real_ip_header  X-Forwarded-For;location / {return 200 "client real Ip is:$remote_addr  \n";}
」

上面的配置中設置了可信Ip為10.211.55.2，real_ip_recursive是關閉狀態的，real_ip_header 從X-Forwarded-For獲取。測試結果：

curl -H "X-Forwarded-For: 1.1.1.1,22.22.22.22,10.211.55.2" abbila.com
client real Ip is:10.211.55.2

然后把real_ip_recursive 打開 內容如下：

server {listen       80;server_name  abbila.com;set_real_ip_from 10.211.55.2;#real_ip_recursive  off;real_ip_recursive  on;real_ip_header  X-Forwarded-For;location / {return 200 "client real Ip is:$remote_addr  \n";}
」

測試結果

curl -H "X-Forwarded-For: 1.1.1.1,22.22.22.22,10.211.55.2" abbila.com
client real Ip is:22.22.22.22

通過上面兩個實驗可以看出來，如果real_ip_recursive關閉的話，獲取的realIp為X-Forwarded-For的最后一個IP如果是打開狀態的話那就把X-Forwarded-For中與可信IP重復的IP過濾掉然后取剩下的最后一個IP為realip。如果使用 X-Forwarded-For 獲取 realip 的話，real_ip_recursive 需要打開。并且，realip 依賴于 set_real_ip_from 設置的可信地址。那么有人可能就會問了，那直接用 X-Real-IP 來選取真實的 IP 地址不就好了。這是可以的，但是 X-Real-IP 是 Nginx 獨有的，如果客戶端與服務器之間還有其他非 Nginx 軟件實現的代理，就會造成取不到 X-Real-IP 頭部，所以這個要根據實際情況來定。

3.2 rewrite 階段

3.2.1 ngx_http_rewrite_model 模塊介紹

rewrite 階段設計到兩個部分

· NGX_HTTP_REWRITE_PHASE

· NGX_HTTP_SERVER_REWRITE_PHASE

當前模塊有 break、if、return、rewrite、rewrite_log、set、uninitialized_variable_warn 指令

· break 指令

句法：	break;
默認：	—
內容：	server，location，if

停止處理當前ngx_http_rewrite_module指令集 。

· if 指令

句法：	if (condition) { ... }
默認：	—
內容：	server， location

如果condition為true則執行{}中的內容。
condition可以為以下的一種或者幾種：

· 變量名；如果變量的值為空字符串或“ 0”，則為false；否則為false。

· 使用“ =”和“ !=”運算符將變量與字符串進行比較。

· 使用“ ~”（區分大小寫的匹配）和“ ~*”（區分大小寫的匹配）運算符將變量與正則表達式進行匹配。正則表達式可以包含捕獲。

這些捕獲可用于以后在$1…$9變量中重用。負運算符“ !~”和“ !~*”也可用。如果正則表達式包含“ }”或“ ;”字符，則整個表達式應用單引號或雙引號引起來。

· 使用“ -f”和“ !-f”運算符檢查文件是否存在；

· 使用“ -d”和“ !-d”運算符檢查目錄是否存在；

· 使用“ -e”和“ !-e”運算符檢查文件，目錄或符號鏈接是否存在；

· 使用“ -x”和“ !-x”運算符檢查可執行文件。

· return 指令

句法：	return code [text];return code URL;return URL;
默認：	—
內容：	server，location，if

狀態碼可以包含以下幾種：

· Nginx 自定義

· 444：立刻關閉連接，用戶收不到響應

· HTTP 1.0 標準：

· 301：永久重定向

· 302：臨時重定向，禁止被緩存

· HTTP 1.1 標準：

· 303：臨時重定向，允許改變方法，禁止被緩存

· 307：臨時重定向，不允許改變方法，禁止被緩存

· 308：永久重定向，不允許改變方法

也可以

return 200 "the status code is 200"；

可以返回對應的 error_page 可以參考：

http://nginx.org/en/docs/http/ngx_http_core_module.html#error_page

· rewrite 指令

句法：	rewrite regex replacement [flag];
默認：	—
內容：	server，location，if

可選flag參數可以是以下之一：

· last
停止處理當前ngx_http_rewrite_module指令集， 并開始搜索與更改后的URI相匹配的新位置；

· break
ngx_http_rewrite_module與break指令一樣， 停止處理當前的指令集 ；

· redirect
返回帶有302代碼的臨時重定向；如果替換字符串不是以“ http://”，“ https://”或“ $scheme” 開頭，則使用

· permanent
返回帶有301代碼的永久重定向。

· rewrite_log 指令

句法：	rewrite_log on | off;
默認：	rewrite_log off；
內容：	http，server，location，if

如果打開當前指令之后，會把 rewrite 的日志寫入 logs/rewrite_error.log 日志文件中，

· set 指令

句法：	set $variable value;
默認：	—
內容：	server，location，if

可以為variable 設置對應的value值。該value可以包含文本，變量，他們的組合。

· uninitialized_variable_warn 指令

句法：	uninitialized_variable_warn on | off;
默認：	uninitialized_variable_warn on;
內容：	http，server，location，if

控制是否記錄有關未初始化變量的警告。比如有些值沒有找到等等。

· 實戰一下rewrite模塊：

nginx.conf 配置文件如下：

server {listen       80;server_name  abbila.com;location /break/ {rewrite ^/break/(.*) /test/$1 break;}location /last/ {rewrite_log on;rewrite ^/last/(.*) /test/$1 last;}location /test/ {return 200 "test page";}
}

測試下last：

curl abbila.com/last/ 
test page%

在測試下break:

curl abbila.com/break/  <html>
<head><title>404 Not Found</title></head>
<body>
<center><h1>404 Not Found</h1></center>
<hr><center>nginx/1.18.0</center>
</body>
</html>

通過測試可以看到break是跳過當前請求的rewrite階段，并繼續執行本請求的其他階段，last與break最大的不同是，last會重新發起一個新請求，并重新匹配location，所以對于/last，重新匹配請求以后會匹配到/test/，所以最終對應的content階段的輸出是test page；然后看一下日志error.log

2020/10/16 15:51:25 [error] 29625#0: *26 "/usr/local/webserver/nginx/html/test/index.html" is not found (2: No such file or directory), client: 10.211.55.2, server: abbila.com, request: "GET /break/ HTTP/1.1", host: "abbila.com"
2020/10/16 15:51:36 [notice] 29625#0: *27 "^/last/(.*)" matches "/last/", client: 10.211.55.2, server: abbila.com, request: "GET /last/ HTTP/1.1", host: "abbila.com"
2020/10/16 15:51:36 [notice] 29625#0: *27 rewritten data: "/test/", args: "", client: 10.211.55.2, server: abbila.com, request: "GET /last/ HTTP/1.1", host: "abbila.com"

因為在break里面沒有打開rewrite_log 在last中設置了rewrite_log 可以看到里面有rewrite日志信息，注意要把error.log的級別調成notice級別。

error_log  logs/error.log  notice;

3.3 preaccess 階段

我們經常會遇到一個問題，就是如何限制每個客戶端的并發連接數？如何限制訪問頻率？當前階段設計到兩個模塊 ngx_http_limit_conn_module ngx_http_limit_req_module這兩個模塊都是默認編譯到nginx中的可以使用–without-http_limit_req_module --without-http_limit_conn_module 移除。

3.3.1 http_limit_req_module 和 http_limit_conn_module 模塊

req模塊有四個指令 limit_req、limit_req_log_level、limit_req_status、limit_req_zone

與指對應的conn也存在四個指令limit_conn、limit_conn_log_level、limit_conn_status、limit_conn_zone

· limit_req 指令

句法:	limit_req zone=name [burst=number] [nodelay | delay=number];
默認:	—
內容:	http, server, location

定義共享內存（包括大小），以及 key 關鍵字和限制速率 rate 單位為 r/s 或者 r/m（每分鐘或者每秒處理多少個請求）

· limit_req_log_level指令

句法：	limit_req_log_level info | notice | warn | error;
默認：	limit_req_log_level error;
內容：	http，server，location

如果超過了設置的閥值則把日記的記錄級別修改為對應的級別。

· limit_req_status 指令

句法：	limit_req_status code;
默認：	limit_req_status 503;
內容：	http，server，location

為拒絕的服務請求設置對應點狀態碼。

· limit_req_zone 指令

句法：	limit_req_zone key zone=name:size rate=rate [sync];
默認：	—
內容：	http

設置共享內存區域的參數，該參數將保留各種鍵的狀態。特別是，狀態存儲當前的過多請求數。該key可以包含文本，變量，他們的組合。具有空鍵值的請求不予考慮。

可以看到上面各個模塊的執行順序。當兩個同事設置時，limit_req 在 limit_conn 處理之前，因此是 limit_req 會生效
如果不添加 nodelay，請求會等待，直到能夠處理請求；添加 nodelay，在不超出 burst 的限制的情況下會立刻處理并返回，超出限制則會返回 limit_req_status狀態。

· 實戰：限流模塊

nginx.conf 配置如下

limit_conn_zone $binary_remote_addr zone=addr:10m; #申請共享內存
server {listen       80;server_name  abbila.com;location / {limit_conn_status 500;limit_conn_log_level  warn;limit_rate 50;limit_conn addr 1;#limit_req zone=one burst=3 nodelay;#limit_req zone=one;    }
}

通過curl 訪問

curl abbila.com/last/
<html>
<head><title>404 Not Found</title></head>
<body>
<center><h1>404 Not Found</h1></center>
<hr><center>nginx/1.18.0</center>
</body>
</html>

因為設置的limit_rate 是50個字節每秒，所以返回會特別慢，限制發生時設置的status是500所以同時發送兩個請求會返回

curl abbila.com/last/
<html>
<head><title>500 Internal Server Error</title></head>
<body>
<center><h1>500 Internal Server Error</h1></center>
<hr><center>nginx/1.18.0</center>
</body>
</html>

3.4. access 階段

當前模塊涉及到ngx_http_access_module模塊、ngx_http_auth_basic_module 、ngx_http_auth_request_module

3.4.1 ngx_http_access_module 模塊

當前模塊默認編譯到nginx中，可以使用–without-http_access_module

當前模塊有兩個指令allow、deny

· allow 指令

句法：	allow address | CIDR | unix: | all;
默認：	—
內容：	http，server，location，limit_except

允許訪問指定的網絡或地址。如果unix:指定了特殊值，則允許訪問所有UNIX域套接字。

· deny 指令

句法：	deny address | CIDR | unix: | all;
默認：	—
內容：	http，server，location，limit_except

拒絕訪問指定的網絡或地址。如果unix:指定了特殊值，則允許訪問所有UNIX域套接字。

3.4.2 ngx_http_auth_basic_module 模塊

當前模塊默認編譯進nginx中，可使用 --without-http_auth_basic_module 指令移除
該模塊允許通過使用“ HTTP基本身份驗證”協議驗證用戶名和密碼來限制對資源的訪問。當開啟這這個模塊后，如果通過瀏覽器訪問url時
會返回"401 Unauthorized" ，瀏覽器會返回一個用戶名密碼的對話框。
該模塊有兩個指令auth_basic、auth_basic_user_file

· auth_basic 指令

句法：	auth_basic string | off;
默認：	auth_basic off；
內容：	http，server，location，limit_except

· auth_basic_user_file

句法：	auth_basic_user_file file;
默認：	—
內容：	http，server，location，limit_except

這里面會用到 htpasswd(依賴httpd-tools安裝包，如果自己試驗可自行安裝)，這個工具可以用來生成密碼文件，而 auth_basic_user_file 就依賴這個密碼文件。
使用方法：

htpasswd -c file -b user password

· 實戰：鑒權模塊

nginx.conf 配置文件內容，通過上面命令生成 abbila.pass 文件。

server {listen       80;server_name  abbila.com;location / {auth_basic "close the web site";auth_basic_user_file abbila.pass;}
|

然后通過瀏覽器訪問nginx 地址就可以看到:

圖片

然后輸入賬號密碼就可以正常訪問頁面了。

圖片

3.4.3 ngx_http_auth_request_module 模塊

當前模塊沒有編譯到nginx中，可使用 --with-http_auth_basic_module 添加到nginx中。該模塊可以將客戶端輸入的用戶名、密碼 username:password 通過 Base64 編碼后寫入 Request Headers 中。例如：abbila:abbila -> Authorization: Basic YWJiaWxhMTphYmJpbGE= 然后通過第三方程序解碼后跟數據庫中用戶名、密碼進行比較，Nginx 服務器通過 header 的返回狀態判斷是否認證通過。當前模塊設計兩個指令auth_request、auth_request_set

· auth_request 指令

句法：	auth_request uri | off;
默認：	auth_request off；
內容：	http，server，location

如果子請求返回2xx響應代碼，則允許訪問。如果返回401或403，則使用相應的錯誤代碼拒絕訪問。子請求返回的其他響應代碼都被視為錯誤。

· auth_request_set 指令

句法：	auth_request_set $variable value;
默認：	—
內容：	http，server，location

授權成功后可以把賦值一些變量，可以包括鑒權請求的變量。

配置示例：

location /private/ {auth_request /auth;...
}location = /auth {proxy_pass https://auth.server.com/HttpBasicAuthenticate;#認證服務地址proxy_pass_request_body off;proxy_set_header Content-Length "";proxy_set_header X-Original-URI $request_uri;
}

根據認證服務地址返回的狀態碼來判斷是否可以訪問 /private/ 的請求。

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