详解nginx高并发场景下的优化

在日常的运维工作中，经常会用到nginx服务，也时常会碰到nginx因高并发导致的性能瓶颈问题。今天这里简单梳理下nginx性能优化的配置（仅仅依据本人的实战经验而述，如有不妥，敬请指出~）

一、这里的优化主要是指对nginx的配置优化，一般来说nginx配置文件中对优化比较有作用的主要有以下几项：

1）nginx进程数，建议按照cpu数目来指定，一般跟cpu核数相同或为它的倍数。

worker_processes 8;

2）为每个进程分配cpu，上例中将8个进程分配到8个cpu，当然可以写多个，或者将一个进程分配到多个cpu。

worker_cpu_affinity 00000001 00000010 00000100 00001000 00010000 00100000 01000000 10000000;

3）下面这个指令是指当一个nginx进程打开的最多文件描述符数目，理论值应该是系统的最多打开文件数（ulimit -n）与nginx进程数相除，但是nginx分配请求并不是那么均匀，所以最好与ulimit -n的值保持一致。

worker_rlimit_nofile 65535;

4）使用epoll的I/O模型，用这个模型来高效处理异步事件

use epoll;

5）每个进程允许的最多连接数，理论上每台nginx服务器的最大连接数为worker_processes*worker_connections。

worker_connections 65535;

6）http连接超时时间，默认是60s，功能是使客户端到服务器端的连接在设定的时间内持续有效，当出现对服务器的后继请求时，该功能避免了建立或者重新建立连接。切记这个参数也不能设置过大！否则会导致许多无效的http连接占据着nginx的连接数，终nginx崩溃！

keepalive_timeout 60;

7）客户端请求头部的缓冲区大小，这个可以根据你的系统分页大小来设置，一般一个请求的头部大小不会超过1k，不过由于一般系统分页都要大于1k，所以这里设置为分页大小。分页大小可以用命令getconf PAGESIZE取得。

client_header_buffer_size 4k;

8）下面这个参数将为打开文件指定缓存，默认是没有启用的，max指定缓存数量，建议和打开文件数一致，inactive是指经过多长时间文件没被请求后删除缓存。

open_file_cache max=102400 inactive=20s;

9）下面这个是指多长时间检查一次缓存的有效信息。

open_file_cache_valid 30s;

10）open_file_cache指令中的inactive参数时间内文件的最少使用次数，如果超过这个数字，文件描述符一直是在缓存中打开的，如上例，如果有一个文件在inactive时间内一次没被使用，它将被移除。

open_file_cache_min_uses 1;

11）隐藏响应头中的有关操作系统和web server（Nginx）版本号的信息，这样对于安全性是有好处的。

server_tokens off;

12）可以让sendfile()发挥作用。sendfile()可以在磁盘和TCP socket之间互相拷贝数据(或任意两个文件描述符)。Pre-sendfile是传送数据之前在用户空间申请数据缓冲区。之后用read()将数据从文件拷贝到这个缓冲区，write()将缓冲区数据写入网络。sendfile()是立即将数据从磁盘读到OS缓存。因为这种拷贝是在内核完成的，sendfile()要比组合read()和write()以及打开关闭丢弃缓冲更加有效(更多有关于sendfile)。

sendfile on;

13）告诉nginx在一个数据包里发送所有头文件，而不一个接一个的发送。就是说数据包不会马上传送出去，等到数据包最大时，一次性的传输出去，这样有助于解决网络堵塞。

tcp_nopush on; 

14）告诉nginx不要缓存数据，而是一段一段的发送--当需要及时发送数据时，就应该给应用设置这个属性，这样发送一小块数据信息时就不能立即得到返回值。

tcp_nodelay on;

比如：

http { 
server_tokens off; 
sendfile on; 
tcp_nopush on; 
tcp_nodelay on; 
......
} 

15）客户端请求头部的缓冲区大小，这个可以根据系统分页大小来设置，一般一个请求头的大小不会超过1k，不过由于一般系统分页都要大于1k，所以这里设置为分页大小。 

client_header_buffer_size 4k;

客户端请求头部的缓冲区大小，这个可以根据系统分页大小来设置，一般一个请求头的大小不会超过1k，不过由于一般系统分页都要大于1k，所以这里设置为分页大小。 
分页大小可以用命令getconf PAGESIZE取得。

[root@test-huanqiu ~]# getconf PAGESIZE 
4096

但也有client_header_buffer_size超过4k的情况，但是client_header_buffer_size该值必须设置为“系统分页大小”的整倍数。

16）为打开文件指定缓存，默认是没有启用的，max 指定缓存数量，建议和打开文件数一致，inactive 是指经过多长时间文件没被请求后删除缓存。

open_file_cache max=65535 inactive=60s;

17）open_file_cache 指令中的inactive 参数时间内文件的最少使用次数，如果超过这个数字，文件描述符一直是在缓存中打开的，如上例，如果有一个文件在inactive 时间内一次没被使用，它将被移除。

open_file_cache_min_uses 1;

18）指定多长时间检查一次缓存的有效信息。

open_file_cache_valid 80s;

下面是一个本人使用的简单的nginx配置文件：

[root@dev-huanqiu ~]# cat /usr/local/nginx/conf/nginx.conf
user  www www;
worker_processes 8;
worker_cpu_affinity 00000001 00000010 00000100 00001000 00010000 00100000 01000000;
error_log  /www/log/nginx_error.log  crit;
pid     /usr/local/nginx/nginx.pid;
worker_rlimit_nofile 65535;
 
events
{
  use epoll;
  worker_connections 65535;
}
 
http
{
  include    mime.types;
  default_type  application/octet-stream;
 
  charset  utf-8;
 
  server_names_hash_bucket_size 128;
  client_header_buffer_size 2k;
  large_client_header_buffers 4 4k;
  client_max_body_size 8m;
 
  sendfile on;
  tcp_nopush   on;
 
  keepalive_timeout 60;
 
  fastcgi_cache_path /usr/local/nginx/fastcgi_cache levels=1:2
         keys_zone=TEST:10m
         inactive=5m;
  fastcgi_connect_timeout 300;
  fastcgi_send_timeout 300;
  fastcgi_read_timeout 300;
  fastcgi_buffer_size 16k;
  fastcgi_buffers 16 16k;
  fastcgi_busy_buffers_size 16k;
  fastcgi_temp_file_write_size 16k;
  fastcgi_cache TEST;
  fastcgi_cache_valid 200 302 1h;
  fastcgi_cache_valid 301 1d;
  fastcgi_cache_valid any 1m;
  fastcgi_cache_min_uses 1;
  fastcgi_cache_use_stale error timeout invalid_header http_500; 
  open_file_cache max=204800 inactive=20s;
  open_file_cache_min_uses 1;
  open_file_cache_valid 30s; 
 
  tcp_nodelay on;
  
  gzip on;
  gzip_min_length  1k;
  gzip_buffers   4 16k;
  gzip_http_version 1.0;
  gzip_comp_level 2;
  gzip_types    text/plain application/x-javascript text/css application/xml;
  gzip_vary on;
 
  server
  {
   listen    8080;
   server_name  huan.wangshibo.com;
   index index.php index.htm;
   root  /www/html/;
 
   location /status
   {
     stub_status on;
   }
 
   location ~ .*\.(php|php5)?$
   {
     fastcgi_pass 127.0.0.1:9000;
     fastcgi_index index.php;
     include fcgi.conf;
   }
 
   location ~ .*\.(gif|jpg|jpeg|png|bmp|swf|js|css)$
   {
    expires    30d;
   }
 
   log_format  access  '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
        '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
        '"$http_user_agent" $http_x_forwarded_for';
   access_log  /www/log/access.log  access;
    }
}

二、关于FastCGI的几个指令

1）这个指令为FastCGI缓存指定一个路径，目录结构等级，关键字区域存储时间和非活动删除时间。

fastcgi_cache_path /usr/local/nginx/fastcgi_cache levels=1:2 keys_zone=TEST:10m inactive=5m;

2）指定连接到后端FastCGI的超时时间。

fastcgi_connect_timeout 300;

3）向FastCGI传送请求的超时时间，这个值是指已经完成两次握手后向FastCGI传送请求的超时时间。

fastcgi_send_timeout 300;

4）接收FastCGI应答的超时时间，这个值是指已经完成两次握手后接收FastCGI应答的超时时间。

fastcgi_read_timeout 300;

5）指定读取FastCGI应答第一部分 需要用多大的缓冲区，这里可以设置为fastcgi_buffers指令指定的缓冲区大小，上面的指令指定它将使用1个 16k的缓冲区去读取应答的第一部分，即应答头，其实这个应答头一般情况下都很小（不会超过1k），但是你如果在fastcgi_buffers指令中指 定了缓冲区的大小，那么它也会分配一个fastcgi_buffers指定的缓冲区大小去缓存。

fastcgi_buffer_size 16k;

6）指定本地需要用多少和多大的缓冲区来 缓冲FastCGI的应答，如上所示，如果一个php脚本所产生的页面大小为256k，则会为其分配16个16k的缓冲区来缓存，如果大于256k，增大 于256k的部分会缓存到fastcgi_temp指定的路径中， 当然这对服务器负载来说是不明智的方案，因为内存中处理数据速度要快于硬盘，通常这个值 的设置应该选择一个你的站点中的php脚本所产生的页面大小的中间值，比如你的站点大部分脚本所产生的页面大小为 256k就可以把这个值设置为16 16k，或者4 64k 或者64 4k，但很显然，后两种并不是好的设置方法，因为如果产生的页面只有32k，如果用4 64k它会分配1个64k的缓冲区去缓存，而如果使用64 4k它会分配8个4k的缓冲区去缓存，而如果使用16 16k则它会分配2个16k去缓存页面，这样看起来似乎更加合理。

fastcgi_buffers 16 16k;

7）这个指令我也不知道是做什么用，只知道默认值是fastcgi_buffers的两倍。

fastcgi_busy_buffers_size 32k;

8）在写入fastcgi_temp_path时将用多大的数据块，默认值是fastcgi_buffers的两倍。

fastcgi_temp_file_write_size 32k;

9）开启FastCGI缓存并且为其制定一个名称。个人感觉开启缓存非常有用，可以有效降低CPU负载，并且防止502错误。但是这个缓存会引起很多问题，因为它缓存的是动态页面。具体使用还需根据自己的需求。

fastcgi_cache TEST

10）为指定的应答代码指定缓存时间，如上例中将200，302应答缓存一小时，301应答缓存1天，其他为1分钟。

fastcgi_cache_valid 200 302 1h;
fastcgi_cache_valid 301 1d;
fastcgi_cache_valid any 1m;

11）缓存在fastcgi_cache_path指令inactive参数值时间内的最少使用次数，如上例，如果在5分钟内某文件1次也没有被使用，那么这个文件将被移除。

fastcgi_cache_min_uses 1;

12）不知道这个参数的作用，猜想应该是让nginx知道哪些类型的缓存是没用的。

fastcgi_cache_use_stale error timeout invalid_header http_500;

以上为nginx中FastCGI相关参数，

另外，FastCGI自身也有一些配置需要进行优化，如果你使用php-fpm来管理FastCGI，可以修改配置文件中的以下值：

1）同时处理的并发请求数，即它将开启最多60个子线程来处理并发连接。

<value name="max_children">60</value>

2）最多打开文件数。

<value name="rlimit_files">65535</value>

3）每个进程在重置之前能够执行的最多请求数。

<value name="max_requests">65535</value>

三、关于内核参数的优化，在/etc/sysctl.conf文件内

1）timewait的数量，默认是180000。(Deven:因此如果想把timewait降下了就要把tcp_max_tw_buckets值减小)

net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 6000

2）允许系统打开的端口范围。

net.ipv4.ip_local_port_range = 1024 65000

3）启用TIME-WAIT状态sockets快速回收功能;用于快速减少在TIME-WAIT状态TCP连接数。1表示启用;0表示关闭。但是要特别留意的是：这个选项一般不推荐启用，因为在NAT(Network Address Translation)网络下，会导致大量的TCP连接建立错误，从而引起网站访问故障。

net.ipv4.tcp_tw_recycle = 0

实际上，net.ipv4.tcp_tw_recycle功能的开启，要需要net.ipv4.tcp_timestamps（一般系统默认是开启这个功能的）这个开关开启后才有效果；

当tcp_tw_recycle 开启时（tcp_timestamps 同时开启，快速回收 socket 的效果达到），对于位于NAT设备后面的 Client来说，是一场灾难！

会导致到NAT设备后面的Client连接Server不稳定（有的 Client 能连接 server，有的 Client 不能连接 server）。
也就是说，tcp_tw_recycle这个功能，是为内部网络（网络环境自己可控 ” ――不存在NAT 的情况）设计的，对于公网环境下，不宜使用。

通常来说，回收TIME_WAIT状态的socket是因为“无法主动连接远端”，因为无可用的端口，而不应该是要回收内存（没有必要）。

即：需求是Client的需求，Server会有“端口不够用”的问题吗？

除非是前端机，需要大量的连接后端服务，也就是充当着Client的角色。

正确的解决这个总是办法应该是：

net.ipv4.ip_local_port_range = 9000 6553 #默认值范围较小
net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 10000 #默认值较小，还可适当调小
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1 
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 10 

4）开启重用功能，允许将TIME-WAIT状态的sockets重新用于新的TCP连接。这个功能启用是安全的，一般不要去改动！

net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1

5）开启SYN Cookies，当出现SYN等待队列溢出时，启用cookies来处理。

net.ipv4.tcp_syncookies = 1

6）web应用中listen函数的backlog默认会给我们内核参数的net.core.somaxconn限制到128，而nginx定义的NGX_LISTEN_BACKLOG默认为511，所以有必要调整这个值。

net.core.somaxconn = 262144

7）每个网络接口接收数据包的速率比内核处理这些包的速率快时，允许送到队列的数据包的最大数目。
net.core.netdev_max_backlog = 262144

8）系统中最多有多少个TCP套接字不被关联到任何一个用户文件句柄上。如果超过这个数字，孤儿连接将即刻被复位并打印出警告信息。这个限制仅仅是为了防止简单的DoS攻击，不能过分依靠它或者人为地减小这个值，更应该增加这个值(如果增加了内存之后)。

net.ipv4.tcp_max_orphans = 262144

9）记录的那些尚未收到客户端确认信息的连接请求的最大值。对于有128M内存的系统而言，缺省值是1024，小内存的系统则是128。

net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 262144

10）时间戳可以避免序列号的卷绕。一个1Gbps的链路肯定会遇到以前用过的序列号。时间戳能够让内核接受这种“异常”的数据包。

net.ipv4.tcp_timestamps = 1

有不少服务器为了提高性能，开启net.ipv4.tcp_tw_recycle选项，在NAT网络环境下，容易导致网站访问出现了一些connect失败的问题

个人建议：

关闭net.ipv4.tcp_tw_recycle选项，而不是net.ipv4.tcp_timestamps；

因为在net.ipv4.tcp_timestamps关闭的条件下，开启net.ipv4.tcp_tw_recycle是不起作用的；而net.ipv4.tcp_timestamps可以独立开启并起作用。

11）为了打开对端的连接，内核需要发送一个SYN并附带一个回应前面一个SYN的ACK。也就是所谓三次握手中的第二次握手。这个设置决定了内核放弃连接之前发送SYN+ACK包的数量。

net.ipv4.tcp_synack_retries = 1

12）在内核放弃建立连接之前发送SYN包的数量。

net.ipv4.tcp_syn_retries = 1

13）如果套接字由本端要求关闭，这个参数 决定了它保持在FIN-WAIT-2状态的时间。对端可以出错并永远不关闭连接，甚至意外当机。缺省值是60秒。2.2 内核的通常值是180秒，你可以按这个设置，但要记住的是，即使你的机器是一个轻载的WEB服务器，也有因为大量的死套接字而内存溢出的风险，FIN- WAIT-2的危险性比FIN-WAIT-1要小，因为它最多只能吃掉1.5K内存，但是它们的生存期长些。

net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30

14）当keepalive起用的时候，TCP发送keepalive消息的频度。缺省是2小时。

net.ipv4.tcp_keepalive_time = 30

下面贴出一个本人常用的内核参数的标准配置

[root@dev-huanqiu ~]# cat /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward = 0
net.ipv4.conf.default.rp_filter = 1
net.ipv4.conf.default.accept_source_route = 0
kernel.sysrq = 0
kernel.core_uses_pid = 1
net.ipv4.tcp_syncookies = 1      //这四行标红内容，一般是发现大量TIME_WAIT时的解决办法
kernel.msgmnb = 65536
kernel.msgmax = 65536
kernel.shmmax = 68719476736
kernel.shmall = 4294967296
net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 6000
net.ipv4.tcp_sack = 1
net.ipv4.tcp_window_scaling = 1
net.ipv4.tcp_rmem = 4096 87380 4194304
net.ipv4.tcp_wmem = 4096 16384 4194304
net.core.wmem_default = 8388608
net.core.rmem_default = 8388608
net.core.rmem_max = 16777216
net.core.wmem_max = 16777216
net.core.netdev_max_backlog = 262144
net.core.somaxconn = 262144
net.ipv4.tcp_max_orphans = 3276800
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 262144
net.ipv4.tcp_timestamps = 1      //在net.ipv4.tcp_tw_recycle设置为1的时候，这个选择最好加上
net.ipv4.tcp_synack_retries = 1
net.ipv4.tcp_syn_retries = 1
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1      //开启此功能可以减少TIME-WAIT状态，但是NAT网络模式下打开有可能会导致tcp连接错误，慎重。
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
net.ipv4.tcp_mem = 94500000 915000000 927000000
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30
net.ipv4.tcp_keepalive_time = 30
net.ipv4.ip_local_port_range = 1024 65000
net.ipv4.ip_conntrack_max = 6553500

-------------------------------------记一次小事故----------------------------------------------------

net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1 这个功能打开后，确实能减少TIME-WAIT状态，习惯上我都会将这个参数打开。

但是也因为这个参数踩过一次坑：

公司的一个发布新闻的CMS后台系统，采用haproxy+keepalived代理架构，后端的real server服务器外网ip全部拿掉。

现象：在某一天早上发文高峰期，CMS后台出现访问故障，重启php服务后会立刻见效，但持续一段时间后，访问就又出现故障。

排查nginx和php日志也没有发现什么，后来google了一下，发现就是net.ipv4.tcp_tw_recycle这个参数捣的鬼！

这种网络架构对于后端的realserver来说是NAT模式，打开这个参数后，会导致大量的TCP连接建立错误，从而引起网站访问故障。

最后将net.ipv4.tcp_tw_recycle设置为0，关闭这个功能后，后台访问即刻恢复正常