Nginx – що це за веб-сервер: як працює і навіщо потрібен

Nginx – це високопродуктивний веб-сервер та зворотний проксі-сервер, який завоював широку популярність завдяки своїй ефективності, гнучкості та здатності обробляти велику кількість одночасних з'єднань. Його основне завдання – прийом, обробка та відправка HTTP-запитів. Завдяки своїй архітектурі та функціональності, Nginx використовується для вирішення різних завдань, від простих веб-сайтів до складних веб-додатків із високим трафіком.

Веб-сервери відіграють ключову роль у сучасній веб-інфраструктурі, забезпечуючи доступ користувачів до веб-ресурсів. Nginx, будучи одним із найпопулярніших веб-серверів у світі, надає потужні інструменти для керування та оптимізації веб-трафіку. Він розроблений для забезпечення високої продуктивності та надійності, що робить його ідеальним вибором для багатьох компаній та проектів.

Історія та розвиток Nginx

Nginx був створений у 2002 році російським програмістом Ігорем Сисоєвим. Початкова мотивація створення Nginx полягала у вирішенні проблеми C10k, яка стосувалася обробки десяти тисяч одночасних з'єднань. У той час традиційні веб-сервери, такі як Apache, мали труднощі з ефективною обробкою великої кількості з'єднань через свою багатопоточну архітектуру. Сисоєв розробив Nginx з використанням асинхронної, подієво-орієнтованої архітектури, що дозволило значно підвищити продуктивність та масштабованість.

Перший офіційний реліз Nginx відбувся у 2004 році. З того часу Nginx постійно розвивався, додаючи нові функції та покращуючи існуючі.У 2011 році було засновано компанію Nginx, Inc., яка розпочала комерційну розробку та підтримку Nginx, а також запропонувала платну версію з додатковими функціями під назвою Nginx Plus.

Протягом останніх років Nginx став одним з найпопулярніших веб-серверів у світі, займаючи лідируючі позиції серед веб-серверів за кількістю екземплярів, що використовуються. Станом на 2024 рік, Nginx обслуговує понад 30% всіх веб-сайтів в інтернеті, що наголошує на його важливості та популярності у сфері веб-технологій.

Розвиток Nginx продовжується, і його співтовариство активно працює над впровадженням нових функцій та покращенням існуючих. Серед недавніх нововведень можна відзначити підтримку HTTP/3, покращення безпеки та продуктивності, а також розширення можливостей для роботи з контейнерними та мікросервісними архітектурами.

Як працює Nginx

Nginx використовує асинхронну, подієво-орієнтовану архітектуру, яка дозволяє ефективно обробляти велику кількість одночасних з'єднань. Це досягається за рахунок використання одного або кількох робочих процесів (worker processes), кожен з яких обробляє запити без необхідності створення окремих потоків для кожного з'єднання.

Принцип роботи

Nginx поділяє завдання на майстри (master process) та робочі процеси. Майстер-процес управляє конфігурацією та запуском робочих процесів, які безпосередньо обробляють запити. Робочі процеси використовують неблокуючі операції введення-виведення, що дозволяє їм одночасно обслуговувати тисячі з'єднань без значних витрат ресурсів.

Основні компоненти

1. Майстер-процес. Відповідає за завантаження конфігурації та керування робочими процесами.
2. Робочі процеси. Обробляють запити клієнтів, виконуючи всі необхідні дії передачі даних.
3. Модулі. Nginx підтримує багато модулів, які розширюють його функціональність. Наприклад, модулі для кешування, стиснення, обробки запитів на рівні програми та інші.

Обробка запитів та балансування навантаження

Nginx може виступати у ролі зворотного проксі-сервера, приймаючи запити від клієнтів і перенаправляючи їх у відповідні сервери додатків. Це дозволяє розподіляти навантаження між кількома серверами та покращувати продуктивність та відмовостійкість системи. Для балансування навантаження Nginx підтримує різні алгоритми, такі як round-robin, least connections та IP hash, які допомагають ефективно розподіляти трафік між серверами.

Основні функції та можливості Nginx

Nginx має безліч функцій та можливостей, які роблять його універсальним інструментом для роботи з веб-трафіком. Ось основні з них:

Статична та динамічна доставка контенту

Nginx ефективно обробляє як статичний контент (наприклад, HTML, CSS, JavaScript, зображення), і динамічний контент, взаємодіючи з серверними додатками через FastCGI, uwsgi, SCGI чи gRPC протоколи. Це дозволяє використовувати Nginx як фронтенд-сервер для різних веб-застосунків.

Зворотний проксі-сервер

Однією з ключових функцій Nginx є його здатність виступати як зворотний проксі-сервер. У цьому режимі він приймає запити від клієнтів і перенаправляє їх на внутрішні сервери, приховуючи їхню структуру та покращуючи безпеку.

Балансування навантаження

Nginx підтримує різні методи балансування навантаження, що дозволяє рівномірно розподіляти запити між кількома серверами та забезпечувати високу доступність та продуктивність веб-додатків. Це особливо важливо для високонавантажених проектів, де стабільність та швидкість роботи є критично важливими.

Кешування

Nginx має вбудовані можливості для кешування, що дозволяє значно зменшити навантаження на сервери додатків та прискорити доставку контенту користувачам. Кешування може бути налаштоване для зберігання статичного контенту, результатів запитів до баз даних або інших даних, які часто не змінюються.

SSL/TLS підтримка

Nginx підтримує SSL/TLS шифрування, що дозволяє забезпечувати безпечну передачу даних між клієнтами та сервером. Це важливо для захисту конфіденційної інформації та відповідності вимогам безпеки. Nginx також підтримує функції, такі як HTTP/2 та HTTP/3, які покращують продуктивність та безпеку веб-сайтів.

Ці функції роблять Nginx потужним та гнучким інструментом для вирішення різноманітних завдань, пов'язаних з обробкою та оптимізацією веб-трафіку.

Встановлення та налаштування Nginx

Встановлення та налаштування Nginx – це відносно простий процес, який може бути виконаний на різних операційних системах. У цьому розділі ми розглянемо основні кроки встановлення та базового налаштування Nginx.

Кроки встановлення на різні операційні системи

1. Встановлення на Ubuntu/Debian:
   • Оновіть список пакетів.
   • Встановіть Nginx із офіційного репозиторію.
   • Запустіть та перевірте статус Nginx.
2. Встановлення на CentOS/RHEL:
   • Встановіть EPEL-репозиторій (CentOS 7).
   • Встановіть Nginx із репозиторію.
   • Запустіть та перевірте статус Nginx.
3. Встановлення на macOS:
   • Встановіть Homebrew, якщо вона ще не встановлена.
   • Встановіть Nginx за допомогою Homebrew.
   • Запустіть та перевірте статус Nginx.

Базове налаштування конфігураційних файлів

Після встановлення Nginx, необхідно налаштувати його конфігураційні файли, щоб веб-сервер працював відповідно до ваших вимог. Основний конфігураційний файл Nginx знаходиться в каталозі /etc/nginx/nginx.conf на Unix-подібних системах.

1. Основні параметри конфігурації:
   • Визначте робочі процеси та події.
   • Налаштуйте основні параметри HTTP-сервера, такі як часові інтервали та розміри буферів.
   • Вкажіть шляхи до лог-файлів для відстеження помилок та доступу.
2. Налаштування серверних блоків (server blocks):
   • Визначте блоки серверів для обробки різних доменів та віртуальних хостів.
   • Налаштуйте параметри для кожного сервера, такі як кореневий каталог, індексні файли та розташування логів.
3. Налаштування локацій (location blocks):
   • Визначте правила обробки запитів до певних URL.
   • Налаштуйте параметри для статичного та динамічного контенту, а також для обробки помилок.

Приклади конфігурацій для різних завдань

1. Статичний сайт:
   • Налаштуйте сервер для обслуговування статичних файлів, таких як HTML, CSS та JavaScript.
   • Вкажіть кореневий каталог та індексні файли.
2. Зворотний проксі-сервер:
   • Налаштуйте Nginx для проксіювання запитів до внутрішніх серверів.
   • Вкажіть адреси внутрішніх серверів та параметри проксіювання.
3. Балансування навантаження:
   • Налаштуйте сервер для розподілу запитів між кількома серверами.
   • Визначте алгоритми балансування навантаження та параметри здоров'я серверів.

Переваги та недоліки Nginx

Переваги використання

1. Висока продуктивність:
   • Завдяки асинхронній архітектурі Nginx може обробляти тисячі одночасних з'єднань із мінімальними витратами ресурсів.
   • Висока швидкість обробки запитів та низький час відгуку роблять Nginx чудовим вибором для високонавантажених сайтів.
2. Гнучкість та масштабованість:
   • Nginx легко масштабується до роботи з великими обсягами трафіку.
   • Можливість використання модулів розширення функціональності без зміни основного коду.
3. Балансування навантаження та проксування:
   • Вбудовані функції балансування навантаження допомагають рівномірно розподіляти трафік між кількома серверами.
   • Можливість налаштування зворотного проксі-сервера для покращення безпеки та продуктивності.
4. Кешування та стиск:
   • Вбудовані функції кешування дозволяють значно зменшити навантаження на сервери програм.
   • Стиснення даних зменшує обсяг інформації, що передається, і прискорює завантаження сторінок.
5. Безпека:
   • Підтримка шифрування SSL/TLS для забезпечення безпеки передачі даних.
   • Можливість налаштування різних заходів безпеки, таких як обмеження доступу за IP-адресами та використання модулів для захисту від атак.

Недоліки та обмеження

1. Крута крива навчання:
   • Для новачків налаштування та оптимізація Nginx можуть здатися складними через велику кількість конфігураційних параметрів та можливостей.
2. Обмежена підтримка деяких функцій:
   • На відміну від Apache, Nginx не підтримує .htaccess файли, що може вимагати зміни підходу до керування конфігурацією.
3. Вимоги до ресурсів при високих навантаженнях:
   • При екстремально високих навантаженнях може бути потрібна оптимізація конфігурації та використання додаткових ресурсів для підтримки продуктивності.

Ці переваги та недоліки слід враховувати при виборі Nginx для вашого проекту, щоб максимально використати його можливості та мінімізувати потенційні проблеми.

Порівняння Nginx з іншими веб-серверами

При виборі веб-сервера для вашого проекту важливо розуміти, як Nginx порівнюється з іншими популярними веб-серверами. У цьому розділі ми розглянемо основні відмінності між Nginx та такими веб-серверами, як Apache, LiteSpeed ​​та IIS.

Apache

1. Архітектура:
   • Apache використовує багатопотокову та багатопроцесову архітектуру, що дозволяє йому обробляти запити за допомогою окремих процесів або потоків. Це може призвести до збільшення споживання пам'яті за високого навантаження.
   • Nginx використовує асинхронну, подієво-орієнтовану архітектуру, що дозволяє обробляти безліч одночасних з'єднань з меншими витратами ресурсів.
2. Продуктивність:
   • Nginx перевершує Apache у продуктивності при обробці великої кількості одночасних з'єднань, особливо статичного контенту.
   • Apache може бути кращим для обробки динамічного контенту, коли потрібна гнучкість в налаштуванні та використанні різних модулів.
3. Конфігурація:
   • Apache підтримує конфігураційні файли .htaccess, що дозволяє настроювати параметри лише на рівні каталогів.
   • Nginx вимагає централізованого управління конфігурацією, що може бути складнішим для новачків, але забезпечує більш високу продуктивність.

LiteSpeed

1. Архітектура:
   • LiteSpeed, як і Nginx, використовує асинхронну архітектуру для обробки запитів, що забезпечує високу продуктивність та масштабованість.
   • Обидва сервери підтримують сучасні веб-стандарти та протоколи, такі як HTTP/2 та HTTP/3.
2. Продуктивність:
   • LiteSpeed ​​пропонує високу продуктивність та вбудовані функції для оптимізації роботи з PHP, такі як LiteSpeed ​​Cache.
   • Nginx також пропонує високу продуктивність, особливо при роботі з великою кількістю одночасних з'єднань та статичним контентом.
3. Ліцензування:
   • LiteSpeed ​​має комерційну версію з додатковими функціями та підтримкою, тоді як Nginx доступний як у відкритій, так і в комерційній версії (Nginx Plus).

IIS (Internet Information Services)

1. Архітектура:
   • IIS використовує багатопотокову архітектуру і глибоко інтегрований в екосистему Windows, що робить його кращим вибором для розробників, що працюють із технологіями Microsoft.
   • Nginx, у свою чергу, крос-платформний і може працювати на різних операційних системах, включаючи Unix-подібні системи та Windows.
2. Продуктивність:
   • IIS показує хорошу продуктивність серед Windows і добре інтегрується коїться з іншими продуктами Microsoft.
   • Nginx пропонує високу продуктивність та масштабованість, особливо в середовищах з високим навантаженням та великою кількістю одночасних з'єднань.
3. Конфігурація та управління:
   • IIS надає зручний графічний інтерфейс для керування конфігурацією, що може бути перевагою для адміністраторів, які віддають перевагу візуальним інструментам.
   • Nginx використовує текстові конфігураційні файли, що дозволяє легко автоматизувати та керувати налаштуваннями через систему контролю версій.

Практичні приклади використання Nginx

Nginx широко використовується в різних сценаріях завдяки своїй гнучкості та високій продуктивності. У цьому розділі розглянемо кілька прикладів використання Nginx.

Приклад 1: Обслуговування статичного сайту

Nginx ідеально підходить для обслуговування статичних сайтів, таких як особисті блоги, портфоліо чи корпоративні сайти. Основні переваги:

• Швидка та ефективна доставка статичного контенту (HTML, CSS, JavaScript, зображення).
• Мінімальне споживання ресурсів сервера.
• Можливість використання кешування для прискорення завантаження сторінок.

Приклад 2: Зворотний проксі-сервер

Nginx часто використовується як зворотний проксі-сервер для захисту та оптимізації роботи внутрішніх серверів додатків. Переваги цього підходу:

• Приховування внутрішньої архітектури мережі.
• Розподіл навантаження між кількома серверами програм.
• Можливість кешування та стиснення даних перед відправкою клієнту.
• Підвищення безпеки за рахунок обмеження прямого доступу до серверів програм.

Приклад 3: Балансування навантаження

Nginx може використовуватися для балансування навантаження між кількома серверами, що особливо важливо для масштабованих веб-застосунків з високим трафіком. Переваги:

• Рівномірне розподілення запитів між серверами.
• Збільшення відмовостійкості та продуктивності.
• Підтримка різних алгоритмів балансування навантаження, таких як round-robin, least connections та IP hash.

Приклад 4: Обслуговування динамічних програм

Nginx може інтегруватися з різними серверними технологіями обслуговування динамічного контенту. Приклади:

• Використання FastCGI для взаємодії з PHP-FPM під час обслуговування PHP-програм.
• Налаштування проксіювання запитів до програми на Node.js або Python через uwsgi або gRPC.
• Підтримка контейнерних середовищ, таких як Docker, для зручного розгортання та масштабування програм.

Ці приклади демонструють універсальність та потужність Nginx, дозволяючи використовувати його в різних сценаріях для підвищення продуктивності, безпеки та масштабованості веб-додатків.

Висновок

Nginx – це високопродуктивний веб-сервер, який завдяки своїй гнучкості та ефективності знайшов широке застосування в різних проектах. Його здатність обробляти велику кількість одночасних з'єднань, підтримка безлічі функцій та можливостей, таких як зворотне проксування, балансування навантаження, кешування та SSL/TLS шифрування, робить його одним із найкращих виборів для сучасних веб-додатків.

Використання Nginx дозволяє значно покращити продуктивність та стабільність веб-сайтів, забезпечуючи швидкий відгук та надійну роботу при високих навантаженнях. У той же час, гнучкість конфігурації та підтримка множини розширень дозволяють адаптувати його під конкретні потреби проекту.

Наприкінці, Nginx – це потужний інструмент для розробки та адміністрування веб-сайтів, який завдяки своїм характеристикам та можливостям може задовольнити вимоги як невеликих особистих блогів, так і великих корпоративних порталів та високонавантажених веб-сервісів.

Рекомендації щодо використання Nginx

1. Почніть з базової установки та налаштування:
   • Встановіть Nginx на своєму сервері та налаштуйте базові параметри для обробки запитів.
   • Вивчіть основні конфігураційні файли та його структуру.
2. Оптимізація продуктивності:
   • Використовуйте вбудовані функції кешування, щоб прискорити доставку контенту.
   • Налаштуйте gzip-стиск для зменшення обсягу даних, що передаються.
3. Забезпечення безпеки:
   • Налаштуйте SSL/TLS для шифрування даних.
   • Використовуйте параметри конфігурації для захисту від поширених атак, таких як DDoS.
4. Балансування навантаження:
   • Налаштуйте балансування навантаження для розподілу запитів між кількома серверами.
   • Використовуйте різні алгоритми балансування для оптимізації роботи програм.
5. Моніторинг та логування:
   • Налаштуйте логування для відстеження активності та виявлення проблем.
   • Використовуйте інструменти моніторингу для постійного контролю стану сервера та його продуктивності.
6. Використання модулів:
   • Досліджуйте та використовуйте різні модулі для розширення функціональності Nginx.
   • Налаштуйте модулі для інтеграції з іншими сервісами та технологіями, такими як PHP, Node.js та Docker.
7. Навчання та документація:
   • Вивчайте офіційну документацію та спільноти для отримання актуальної інформації та рекомендацій.
   • Участь в обговореннях та обміні досвідом з іншими користувачами Nginx.

Ці рекомендації допоможуть вам максимально ефективно використовувати Nginx, забезпечуючи високу продуктивність, безпеку та надійність ваших веб-проектів.

Я шукаю надто спрощену відповідь на наступне запитання. Я намагаюся створити фундаментальне розуміння того, як Nginx працює разом із чимось на зразок Gunicorn.

Чи потрібний мені і Nginx, і щось на зразок Gunicorn для розгортання програм Django на Nginx?

Якщо так, що насправді обробляє запити HTTP?

Ps. Я не хочу використовувати Apache та mod_wsgi!

Apache та mod_wsgi – це найпростіший спосіб реалізації мосту між вашим додатком django та запитами http, який також дуже ефективний у виробничому середовищі. Для багатьох розробників це означає, що "Apache краще, ніж nginx", якщо вони знали, але знають це, але оскільки "betamax краще, ніж VHS", на жаль, правила Dogma

Відповіді:

Занадто спрощено: потрібно щось, що виконує Python, але Python не найкращий в обробці всіх типів запитів.

[Відмова від відповідальності: я розробник Gunicorn]

Менш спрощено: незалежно від того, який сервер додатків ви використовуєте (Gunicorn, mod_wsgi, mod_uwsgi, cherrypy), будь-яке нетривіальне розгортання матиме щось висхідне, що оброблятиме запити, які ваша програма Django не повинна обробляти. Тривіальними прикладами таких запитів є статичні ресурси (images/css/js).

Це призводить до двох перших рівнів класичної «трирівневої архітектури». Тобто. веб-сервер (у вашому випадку Nginx) оброблятиме безліч запитів на зображення та статичні ресурси. Запити, які необхідно генерувати динамічно, потім передаватимуться на сервер додатків (у вашому прикладі Gunicorn). (Крім того, третій із трьох рівнів – це база даних)

Історично кажучи, кожен із цих рівнів буде розміщуватися на окремих комп'ютерах (і, швидше за все, на перших двох рівнях буде кілька комп'ютерів, тобто 5 веб-серверів надсилають запити на два сервери додатків, які, у свою чергу, вимагають одну базу даних).

У сучасну епоху ми маємо додатки всіх форм і розмірів. Не кожен проект вихідного дня або сайт малого бізнесу насправді потребують потужності кількох машин і працюватимуть досить успішно на одній коробці. Це породило нові записи до масиву хостингових рішень. Деякі рішення з'єднують сервер додатків із веб-сервером (Apache httpd + mod_wsgi, Nginx + mod_uwsgi тощо. буд.). І звичайно розміщувати базу даних на тій же машині, що і одна з цих комбінацій веб-серверів і додатків.

Тепер щодо Gunicorn ми прийняли конкретне рішення (копіювання з Unicorn Рубі), щоб відокремити речі від Nginx, покладаючись на поведінку проксі Nginx. Зокрема, якщо ми можемо припустити, що Gunicorn ніколи не читатиме з'єднання безпосередньо з Інтернету, то нам не потрібно турбуватися про клієнтів, які працюють повільно. Це означає, що модель обробки Gunicorn дуже проста.

Поділ також дозволяє писати Gunicorn на чистому Python, що зводить до мінімуму витрати на розробку і не суттєво впливає на продуктивність. Це також дозволяє користувачам використовувати інші проксі (за умови, що вони буферизуються правильно).

Що стосується вашого другого питання про те, що насправді обробляє HTTP-запит, проста відповідь – Gunicorn. Повна відповідь – Nginx та Gunicorn обробляють запит. По суті, Nginx отримає запит, і якщо це динамічний запит (зазвичай заснований на шаблонах URL), він передасть цей запит в Gunicorn, який обробить його, а потім поверне відповідь Nginx, який потім перенаправить відповідь назад у вихідний клієнт.

Отже, на закінчення, так. Вам потрібно і Nginx та Gunicorn (або щось подібне) для правильного розгортання Django. Якщо ви спеціально хочете розмістити Django з Nginx, я б розглянув Gunicorn, mod_uwsgi і, можливо, CherryPy як кандидати на бік Django.

Дякую, що знайшли час, щоб написати таку докладну відповідь! Будь-яке рекомендоване читання на цій "3-рівневій архітектурі"?