Nginx 如何实现高性能和可扩展性

NGINX的整体架构的特点是由一组进程协同工作：

主进程：负责执行特权操作，如阅读配置文件、绑定套接字、创建/通知协调（Signalling）子进程。

工作进程：负责接收和处理连接请求，读取和写入磁盘，并与上游服务器通信。当NGINX处于活跃状态时，只有工作进程是忙碌的。

缓存加载器进程：负责将磁盘高速缓存加载到内存中。这个进程在启动时运行后随即退出。

缓存管理器进程：负责整理磁盘缓存的数据保证其不越界。这个进程会间歇性运行。

NGINX能够实现高性能和可扩展性的关键取决于两个基本的设计选型：

尽可能限制工作进程的数量，从而减少上下文切换带来的开销。默认和推荐配置是让每个CPU内核对应一个工作进程，从而高效利用硬件资源。

工作进程采用单线程，并以非阻塞的方式处理多个并发连接。

NGINX的每个工作进程通过状态机处理多个连接请求，这个状态机被实现为非阻塞的工作方式：

每个工作进程需要处理若干套接字，包括监听套接字或者连接套接字。

当监听套接字收到新的请求时，会打开一个新的连接套接字来处理与客户端的通信。

当一个事件到达连接套接字时，工作进程迅速完成响应，并转而处理其他任何套接字新收到的事件。

NGINX选择这样的设计，使它从根本上区别于其他Web服务器。通常的Web服务器会选用将每个连接分配给独立线程的模式，这使得多个连接的处理非常容易，因为每个连接可以被认为是包含多个步骤的一个线性序列，但这样会产生上下文切换的开销。事实上，工作线程大部分的时间处于阻塞的状态，在等待客户端或其它上游服务器。当试图执行I/O等操作的并发连接数/线程数的规模超过一定阈值，或是内存消耗殆尽的时候，上下文切换的成本就显现出来了。

从另一方面讲，NGINX的设计是不让工作进程阻止网络流量，除非没有任何工作要做。此外，每一个新的连接只消耗很少的资源，仅包括一个文件描述符和少量的工作进程内存。

总的来说，NGINX的这种工作模式在系统调优后，它的每个工作进程都能够处理成百上千的HTTP并发连接。

正向代理和反向代理：

系统内部要访问外部网络时，统一通过一个代理服务器把请求转发出去，在外部网络看来就是代理服务器发起的访问，此时代理服务器实现的是正向代理

当外部请求进入系统时，代理服务器把该请求转发到系统中的某台服务器上，对外部请求来说，与之交互的只有代理服务器，此时代理服务器实现的是反向代理。

简单来说，正向代理是代理服务器代替系统内部来访问外部网络的过程，反向代理是外部请求访问系统时通过代理服务器转发到内部服务器的过程。