怎么讓你的Nginx提升10倍性能

本篇內容主要講解“怎么讓你的Nginx提升10倍性能”，感興趣的朋友不妨來看看。本文介紹的方法操作簡單快捷，實用性強。下面就讓小編來帶大家學習“怎么讓你的Nginx提升10倍性能”吧!

 1   建議一：使用反向代理服務器讓應用更快更安全

如果你的Web應用只跑在一臺機器上，那要提升其性能非常簡單：換一臺更快的，多配幾個處理器，多加幾條內存，磁盤陣列也要高速的。換了以后，這臺機器上跑的WordPress服務器、Node.js或Java應用速度都會加快。（要是應用還會訪問另一臺數(shù)據庫服務器，那也簡單：找兩臺更快的機器，用更快的網絡連起來就行了）

麻煩在于，機器速度并不是問題。很多時候Web應用慢，是因為要在各種任務之間切換，一會兒要處理數(shù)千個連接上的用戶請求，一會兒要向磁盤讀寫文件，一會兒又要運行應用的代碼，一會兒又要去干別的。應用服務器因此可能出現(xiàn)各種狀況，耗盡內存、交換文件，或者讓很多請求等待一個硬盤I/O之類的任務。

除了升級硬件，其實你還可以選擇另外一種完全不同的方法：加一臺反向代理服務器，分擔上述一些任務。反向代理服務器位于運行應用的機器之前，負責處理來自外網的請求。反向代理服務器直接連到互聯(lián)網，它與應用服務器通信使用的是快速的內部網絡。

反向代理服務器可以讓應用服務器專注于構建頁面，然后交給反向代理向外網發(fā)送，而不必理會用戶與應用的交互。由于不必等待客戶端的響應，應用服務器的運行速度能達到接近最優(yōu)的水平。

增加反向代理服務器同時也可以為Web服務器增添靈活性。比如，假設執(zhí)行某種任務的服務器過載了，那隨時可以再增加一臺同類服務器；而如果這臺服務器掛了，替換它也很容易。

鑒于這種靈活性，反向代理服務器往往也是其他性能優(yōu)化手段的先決條件，比如：

•  負載均衡（參見“建議二”），反向代理服務器上運行負載均衡服務，把流量平均分配給幾臺應用服務器。有了負載均衡，添加應用服務器根本不需要修改應用。

•  緩存靜態(tài)文件（參見“建議三”），圖片或代碼之類的可以直接請求的文件，都可以保存在反向代理服務器中，以便直接發(fā)給客戶端。這樣不僅可以更快地響應請求，還能減輕應用服務器的負擔，加快其運行速度。

•  保證站點安全，可以配置反向代理服務器提升其安全級別，通過它監(jiān)控來快速識別和響應攻擊，從而保存應用服務器安全。

NGINX專門為使用反向代理服務器做了設計，使其天然支持上述優(yōu)化。由于使用事件驅動的處理機制，NGINX比傳統(tǒng)服務器效率更高。NGINX Plus則增加了更高端的反向代理功能，如應用體檢、特有的請求路由、高級緩存和售后支持。

傳統(tǒng)服務器與NGINX Worker的比較

建議二：增加負載均衡服務器

增加負載均衡服務器相對簡單，但卻能顯著提升站點性能和安全性。通過它把流量分配給多個服務器，就可以不必升級Web服務器了。就算應用本身寫得不太好，或者難以擴展，負載均衡都可以在不做其他改變的情況下提升用戶體驗。

負載均衡服務器首先是一個反向代理服務器（參見“建議一”），負責把來自互聯(lián)網的請求轉發(fā)給其他服務器。這里關鍵在于負載均衡服務器可以支持兩臺以上的應用服務器，使用一種選擇算法在不同的服務器間分配請求。最簡單的負載均衡算法是循環(huán)調度，即把新請求依次轉發(fā)給可用服務器中的下一臺服務器。其他算法還有把請求發(fā)給活動連接最少的服務器。NGINX Plus支持一種功能，就是把用戶會話保持在同一臺服務器上，叫做會話保持。

負載均衡服務器可以避免一臺服務器過載而其他服務器過閑，從而極大提升性能。同時，有了它還可以讓Web服務器擴容更簡單，因為可以選用比較便宜的服務器，同時保證物盡其用。

可以通過負載均衡調度的協(xié)議包括HTTP、HTTPS、SPDY、HTTP/2、WebSocket、FastCGI、SCGI、uwsgi、memcached，以及其他一些應用形式，包括基于TCP的應用和其他第四層的協(xié)議。為此，首先要分析Web應用，看性能短板在哪里，然后再確定使用哪一個。

同一臺服務器或用于負載均衡的服務器也可以承擔其他任務，比如SSL終止、視客戶端不同支持HTTP/1/x或HTTP/2、緩存靜態(tài)文件。

NGINX經常被用來做負載均衡，更多信息請參考我們以前發(fā)的介紹性文章、有關配置的文章、電子書和相關的在線視頻，當然還有文檔。我們的商業(yè)版本NGINX Plus支持更多的負載均衡功能，如基于服務器響應時間路由負載和支持微軟NTLM協(xié)議的負載均衡。

建議三：緩存靜態(tài)及動態(tài)內容

緩存能提升Web應用性能，因為可以更快地把內容交付給客戶端。緩存的策略包括預處理內容、在較快的設備上存儲內容、把內容保存在靠近客戶端的地方，以及同時運用這些策略。

緩存有兩種。

•  靜態(tài)內容緩存，不常變化的文件，如圖片（JPEG、PNG）和代碼（CSS、JavaScript），可以保存在邊緣服務器中，以便快速從內容或磁盤中獲取。

•  動態(tài)內容緩存，很多Web應用會為每個頁面請求生成全新的HTML，把生成的每個HTML都緩存一小段時間，可能顯著減少需要生成的頁面總數(shù)，同時又可以保證交付的內容足夠新鮮。

假設一個頁面每秒被查看10次，而你緩存它1秒，那么90%針對這個頁面的請求都將來自在緩存。如果你單獨緩存靜態(tài)內容，那么即使全新生成的頁面，很可能大部分都來自緩存的內容。

緩存Web應用生成內容的技術主要分三種。

•  把內容放到離用戶近的地方。離用戶近，傳輸時間少。

•  把內容放到較快的機器上。機器快，檢索速度快。

•  把內容從過度使用的機器中拿走。有時候機器會比在專注執(zhí)行特定任務時慢很多，那是因為太多任務讓它們分心。這時候把內容拿到其他機器上，不僅對緩存的內容有好處，對非緩存的內容同樣有利，因為托管它們的主機的負擔減輕了。

Web應用的緩存可以在Web應用服務器內部或外部實現(xiàn)。首先，考慮緩存動態(tài)內容，以減輕應用服務器的負載。其次，緩存用于靜態(tài)內容（包括那些動態(tài)生成內容的臨時副本），進一步減輕應用服務器的負擔。然后，考慮把緩存轉移到其他更快或更靠近用戶的機器，給應用服務器減負，縮短傳輸時間。

用好緩存能顯著加快應用的響應速度。對很多網頁來說，大圖片之類的靜態(tài)數(shù)據，往往占據一半以上的內容。不用緩存，查詢和傳輸這類數(shù)據可能會花好幾秒鐘，而用緩存，則可能只要花幾分之一秒。

可以舉一個例子來說明怎么使用緩存，NGINX和NGINX Plus通過兩個指令來設置緩存：proxy_cache_path和proxy_cache指定緩存的位置和大小、最長緩存時間以及其他參數(shù)。使用第三個（也是很受歡迎的)指令proxy_cache_use_stale，甚至可以告訴緩存在本來應該提供新鮮內容的服務器太忙或宕機時，提供原來的舊文件，對客戶端來說，拿到內容總比拿不到強。從用戶角度看，這樣也可以樹立你的站點或應用非常穩(wěn)定的形象。

NGINX Plus支持高級緩存功能，包括緩存凈化（caching purging）和通過控制板以可視化的形式展示緩存狀態(tài)，實現(xiàn)實時監(jiān)控。

要了解NGINX中關于緩存的更多信息，可以看看參考文檔和NGINX Plus Admin Guide中的NGINX Content Caching。

注意: 緩存涉及開發(fā)、決策和運維，完善的緩存策略，比如本文提到的這些，能夠體現(xiàn)從DevOps角度考慮的價值。也說是說，開發(fā)人員、架構師、運維人員此時攜手，共同保障一個網站的功能、響應時間、安全和業(yè)務目標。

建議四：壓縮數(shù)據

壓縮同樣能極大提升性能。圖片、視頻、音樂等文件都有非常成熟和高效的壓縮標準（JPEG和PNG、MPEG-4、MP3），任何一個標準都可以把文件大小縮小一個數(shù)量級甚至更多。

文本文件，包括HTML（純文本和HTML標簽）、CSS和JavaScript代碼，經常在不壓縮的情況下傳輸。壓縮這些數(shù)據對提升Web應用的感知性能有時候特別明顯，尤其是移動用戶的網絡很慢又不穩(wěn)定的情況下。

因為文本數(shù)據通過對于頁面交互能夠起到必要的支援作用，而多媒體數(shù)據則更多是錦上添花的作用。聰明的內容壓縮可以把HTML、JavaScript、CSS等文本內容的縮小30%以上，因此能夠相應地減少加載時間。

如果你使用SSL，壓縮又可以減少必須經過SSL編碼的數(shù)據量，從而補償了壓縮這些數(shù)據的CPU時間。

壓縮數(shù)據的方法非常多。比如，建議六中關于HTTP/2的部分就描述了一個新穎的壓縮思路，特別適合首部數(shù)據壓縮。還有一個關于文本壓縮的例子，就是可以在NGINX中開啟GZIP壓縮。預壓縮文本數(shù)據之后，可以使用gzip_static指令直接發(fā)送.gz文件。

建議五：優(yōu)化SSL/TLS

越來越多的網站在使用Secure Sockets Layer（SSL）及后來的Transport Layer Security（TLS）協(xié)議。SSL/TLS通過加密從源服務器發(fā)送給用戶的數(shù)據來提升網站安全性。Google會提升使用SSL/TLS的網站的搜索引擎排名，將有力地推動這一進程。

盡管采用率越來越高，但SSL/TLS造成的性能損失也困擾著很多網站。SSL/TLS拖慢網站的原因有兩個。

1、每次打開新連接的初次握手都必須創(chuàng)建加密密鑰，而瀏覽器使用HTTP/1.x對每個2、服務器建立多個連接的方式進一步加劇了這個問題。

服務器端加密數(shù)據和客戶端解密數(shù)據的操作同樣也是開銷。

為了鼓勵人們使用SSL/TLS，HTTP/2和SPDY（參見建議六）的作者將這兩個協(xié)議設計為只讓瀏覽器針對一次會話建立一個連接。這樣就把SSL導致性能降低的兩個主要原因之一消滅掉了。然而，說到優(yōu)化SSL/TLS性能，還是有很多事情可做。

優(yōu)化SSL/TLS的方法因Web服務器而異。以NGINX為例，NGINX使用OpenSSL，運行于普通機器上，能夠提供接近定制機器的性能。NGINX SSL performance詳細介紹了如何將SSL/TLS加密和解密的開銷降至最低。

此外，這里還有一篇文章，介紹了很多種提升SSL/TLS性能的方法。簡單總結一下，涉及的技術主要有如下幾種。

•  會話緩存。使用ssl_session_cache指令開啟緩存，緩存每次SSL/STL連接時用到的參數(shù)。

•  會話票或ID。把特定SSL/TLS會話的信息保存為一個會話票或ID，以便連接重用，而不必重新握手。

•  OCSP封套。通過緩存SSL/TLS證書信息減少握手時間。

NGINX和NGINX Plus都可以來終止SSL/TLS，即處理客戶端信息的加密和解密，同時與其他服務器保持明文通信。在NGINX或NGINX Plus中設置處理SSL/TLS終止可以采取這幾個步驟。而對于在接受TCP連接的服務器上使用NGINX Plus而言，可以參考這里的設置步驟。

建議六：實現(xiàn)HTTP/2或SPDY

已經使用SSL/TLS的站點，如果再使用HTTP/2或SPDY則很可能提升性能，因為一個連接只要一次握手。尚未使用SSL/TLS、HTTP/2和SPDY的站點切換到SSL/TLS（通常會降低性能），從響應速度方面看，可能是一次倒退。

谷歌2012年開始SPDY項目，致力于在HTTP/1.x之上實現(xiàn)更快的速度。HTTP/2則是IETF最近批準的基于SPDY的標準。SPDY得到了廣泛支持，但很快就將被HTTP/2取代。

SPDY和HTTP/2的關鍵在于只用一個連接，而非多個連接。這一個連接是多路復用的，因此可以同時承載多個請求和響應。

只維持一個連接，可以省掉多個連接所需的設置和管理消耗。而且一個連接對SSL特別重要，因為可以將SSL/TLS建立安全連接所需的握手時間降至最少。

SPDY協(xié)議要求使用SSL/TLS，HTTP/2并沒有正式要求，但目前所有支持HTTP/2的瀏覽器都只會在啟用SSL/TLS的情況下才會使用它。換句話說，支持HTTP/2的瀏覽器只有在網站使用SSL且服務器接受HTTP/2流量的情況下才會使用HTTP/2。否則，瀏覽器會基于HTTP/1.x通信。

實現(xiàn)了SPDY或HTTP/2之后，域名分片、資源合并、圖片精靈等之前針對HTTP的性能優(yōu)化措施就用不著了。因此也可以簡化代碼和部署。關于HTTP/2會帶來哪些變化，可以參考我們的這個白皮書。

NGINX很早就開始支持SPDY，而且今天使用SPDY的大多數(shù)站點都在運行NGIN

X。NGINX同樣率先支持了HTTP/2，2015年9月，NGINX開源和NGINX Plus開始支持 HTTP/2。

隨著時間推移，NGINX希望大多數(shù)站點啟用SSL并遷移到HTTP/2。這樣不僅可以讓網站更安全，而且隨著新的優(yōu)化技術不斷涌現(xiàn)，也可以通過簡單的代碼實現(xiàn)更高的性能。

建議七：升級軟件

提升應用性能的一個簡單的方法，就是根據可靠性及性能選擇軟件。此外，高質量組件的開發(fā)者更可能不斷提升性能和修復問題，因此使用最新的穩(wěn)定版本是劃算。新發(fā)布的版本會得到開發(fā)者和用戶更多的關注，同時也會利用新的編譯器優(yōu)化技術，包括針對新硬件的調優(yōu)。

相對舊版本，新發(fā)布的穩(wěn)定版本明顯性能更高。堅持升級，也可以保證在調優(yōu)、問題修復和安全警報方面與時俱進。

不升級軟件也會妨礙利用新能力。比如，HTTP/2目前要求OpenSSL 1.0.1。從2016年下半年開始，HTTP/2會要求OpenSSL 1.0.2，該版本發(fā)布于2015年1月。

NGINX用戶可以從NGINX開源軟件的最新版本或NGINX Plus開始，它們支持套接字共享、線程池（參見下文），而且都會持續(xù)優(yōu)化性能。因此，檢查一下自己的軟件，盡量把它們升級到最新的版本。

建議八：調優(yōu)Linux

Linux是今天大多數(shù)Web服務器的底層操作系統(tǒng)，作為一切基礎設施的基礎，Linux對提升性能至關重要。默認情況下，很多Linux系統(tǒng)都比較保守，僅以桌面辦公為需求，以占用少量資源為調優(yōu)目標。對于Web應用而言，為達到性能最佳，肯定需要重新調優(yōu)。

Linux優(yōu)化因Web服務器而異。以NGINX為例，可以從以下幾方面考慮。

存量隊列。如果發(fā)現(xiàn)有一些連接得不到處理，可以增大net.core.somaxconn，即等待NGINX處理的最大連接數(shù)。如果這個連接數(shù)限制過小，應該可以看到錯誤消息，可以逐步提高這個值，直到錯誤消息不再出現(xiàn)。

•  文件描述符。NGINX對每個連接最多使用兩個文件描述符。如果系統(tǒng)服務于很多連接，可能需要增大sys.fs.file_max這個對描述符的系統(tǒng)級限制，以及nofile這個用戶文件描述符限制，以支持增大后的負載。

• 臨時端口。在作為代理使用時，NGINX會為每個上游服務器創(chuàng)建臨時端口。可以設置net.ipv4.ip_local_port_range，增大端口值的范圍，以增加可用的端口量。此外，還可以減小net.ipv4.tcp_fin_timeout的值，它控制非活動端口釋放重用的等待時間，加快周轉。

•  對NGINX而言，請參考NGINX性能調優(yōu)指南，了解如何不費吹灰之力將你的Linux系統(tǒng)優(yōu)化為能夠支持更大的吞吐量。

建議九：調優(yōu)Web服務器

無論使用什么Web服務器，都需要針對應用對其調優(yōu)。以下建議適用于任何Web服務器，但會給出只有NGINX的設置說明。

•  訪問日志。不要每個請求的日志都馬上寫到磁盤，可以在內存里做個緩存，然后批量定入。對NGINX而言，將buffer=_size_參數(shù)添加到access_log指令，等內存緩沖區(qū)寫滿后再把日志寫到磁盤。如果你添加了**flush=_time_**參數(shù)，那么緩沖區(qū)的內容也會按照指定時間寫入磁盤。

•  緩沖。緩沖用于在內存里保存部分響應，直到緩沖區(qū)被填滿，可以實現(xiàn)對客戶端更有效的響應。無法寫入內存的響應會被寫到磁盤，從而降低性能。在NGINX的緩沖啟用時，可以使用proxy_buffer_size和proxy_buffers指令來管理它。

•  客戶端活動連接?；顒舆B接可以減少時間消耗，特別是在使用SSL/TLS的情下。對NGINX而言，可以針對客戶端提高keepalive_requests的數(shù)值，默認值為100；也可以增大keepalive_timeout的值，讓活動連接持續(xù)時間更長，從而讓后續(xù)請求得到更快響應。

•  上游活動連接。上游連接，即連接到應用服務器、數(shù)據庫服務器的連接，同樣可以從活動連接的設置中獲得好處。對上游連接來說，可以增加活動連接，也就是每個工作進程可用的空閑活動連接的數(shù)量。這樣可以增進連接重用，減少重開連接。關于活動連接的更多信息，請參考這篇博客。

•  限制。限制客戶端使用的資源可以提升性能和安全性。對NGINX而言，limit_conn和limit_conn_zone指令限制指定源的連接數(shù)，而limit_rate限制帶寬。這些設置可以防止合法用戶“侵吞”資源，同時也有助于防止攻擊。limit_req和limit_req_zone指令限制客戶端請求。對于到上游服務器的連接，可以在上游配置區(qū)的服務器指令中使用max_conns參數(shù)，它限制對上游服務器的連接，防止過載。相關的隊列指令會創(chuàng)建一個隊列，在max_conns限制到達后將指定的請求數(shù)保存指定的時間。

•  工作進程。工作進程負責處理請求。NGINX采用基于事件的模型和OS相關的機制有效地在工作進程間分配請求。建議將worker_processes的值設置為每個CPU一個工作進程。如果需要，大多數(shù)系統(tǒng)都支持提高worker_connections的值（默認為512）?？梢酝ㄟ^試驗找到最適合你系統(tǒng)的這個值。

•  套接字分片。通常，一個套接字監(jiān)聽器向所有工作進程分發(fā)新連接。套按字分片則為每個工作進程都創(chuàng)建一個套接字監(jiān)聽器，由內核在套接字監(jiān)聽器可用時為其指定連接。這樣可以減少鎖爭用，提升多核系統(tǒng)上的性能。要啟用套接字分片，在listen指令中包含reuseport參數(shù)。

•  線程池。一個費時的操作會阻塞任何計算機進程。對Web服務器軟件來說，磁盤訪問可能阻礙很多較快的操作，比如內存中的計算和復制。在使用線程池的情況下，慢操作會被指定給一組獨立的任務，而主處理循環(huán)會繼續(xù)運行較快的操作。磁盤操作完成后，結果會返回到主處理循環(huán)。在NGINX中，read()系統(tǒng)調用和sendfile()被轉載到了線程池。

提示 修改任何操作系統(tǒng)及周邊設備的設置時，每次只修改一項，然后測試性能。如果該項修改導致了問題，或者并未提升性能，再改回去。

建議十：監(jiān)控實時動態(tài)以發(fā)現(xiàn)問題和瓶頸

保存應用高性能的關鍵是實時監(jiān)控應用性能。必須實時監(jiān)控特定設備及相應Web基礎設施中應用的動態(tài)。

監(jiān)控站點活動多數(shù)情況下是被動的，它只告訴你發(fā)生了什么，至于如何發(fā)現(xiàn)和解決問題，則是你自己的事情。

監(jiān)控可以捕獲以下幾種問題：

1、服務器停機

2、服務器不穩(wěn)，漏處理連接

3、服務器出現(xiàn)大面積緩存失效

4、服務器發(fā)送的內容不對

New Relic或Dynatrace等全局性的性能監(jiān)控工具，可以幫我們監(jiān)控遠程加載頁面的時間，而NGINX則可以幫你監(jiān)控應用交付這一端。應用的性能數(shù)據可以告訴你優(yōu)化手段什么時候真正給用戶帶去了不同的體驗，以及什么時候需要擴容以滿足越來越多的流量。

為了幫助用戶盡快發(fā)現(xiàn)問題，NGINX Plus增加了應用程序體檢功能，會報告經常重復出現(xiàn)的問題。NGINX Plus還具備session draining特性，會在已有任務完成前阻止新連接，以及慢啟動容量，從而讓恢復的服務器在負載均衡集群中達到應有的速度。使用得當?shù)那闆r下，健康體檢會在問題顯著影響用戶體驗之前幫你定位問題，而session draining和慢啟動則讓你替換服務器時不影響感知的性能和在線時間。這張圖展示了NGINX Plus內置的實時活動監(jiān)控的控制板，涵蓋了服務器、TCP連接和緩存。

結論：10倍性能提升

性能提升因Web應用不同會有巨大差異。實際的提升取決于預算、時間，以及現(xiàn)有實現(xiàn)的與理想性能的差距。那么怎么讓你的應用獲得10倍的性能提升呢？

為了幫大家理解每項優(yōu)化建議的潛能，下面再針對之前的建議給出一些實施方針，希望大家各取所需。

•  反向代理服務器及負載均衡。沒有負載均衡或池負載均衡，可能導致極低的性能。添加一個反向代理服務器，比如NGINX，可以減少Web應用在內存和磁盤之間的往返。負載均衡可以把任務從過載的服務器轉移到空閑的服務器，也便于擴展。這些改變能極大地提升性能，與原有的部署方式最差的時候相比，10倍性能提升是很輕松的事，即使不到10倍那也在總體上有了質的飛躍。

•  緩存動態(tài)和靜態(tài)內容。如果你的Web服務器同時又充當了應用服務器，那么通過緩存動態(tài)內容就可以達到高峰期10倍的性能提升。緩存靜態(tài)內容也可以有幾倍的性能提升。

•  壓縮數(shù)據。使用JPEG、PNG、MPEG-4以及MP3等壓縮格式能顯著提升性能。如果這些手段都用上了，那么壓縮的文本數(shù)據（代碼及HTML）可以將初始頁面加載時間提升兩倍。

•  優(yōu)化SSL/TLS。安全握手對性能有很大影響，因此對其進行優(yōu)化可以讓初次響應加快兩倍，對于文本內容較多的網站尤其如此。優(yōu)化SSL/TLS下的媒體文件帶來的性能提升很小。

•  實施HTTP/2和SPDY。在使用SSL/TLS的情況下，這兩個協(xié)議有可能提升網站的整體性能。

•  調優(yōu)Linux和Web服務器。使用優(yōu)化的緩沖策略、使用活動連接，將耗時的任務轉載至獨立的線程池，可以顯著提升性能。比如線程池可以將磁盤操作密集性任務的性能提升至少一個數(shù)量級。 

到此，相信大家對“怎么讓你的Nginx提升10倍性能”有了更深的了解，不妨來實際操作一番吧！這里是億速云網站，更多相關內容可以進入相關頻道進行查詢，關注我們，繼續(xù)學習！