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Nginx緩存配置及調優

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Nginx 是一款強大的 Web 應用軟件，常用做托管網站、反向代理或負載均衡。隨著時間的推移，Nginx在常用的 Web 服務器軟件中已然超越 Apache，這主要是得益於其優越的性能以及配置便捷性。

nginx server and client

但是，當部署為後端服務器的前端時，大多數時候都會錯過一個關鍵功能， 那就是 Nginx超越HAProxy 的靜態資源【緩存能力】，這可以通過將數據寫入磁盤來實現，也可以直接用內存來緩存數據以獲取更加卓越的性能。

在下麵的教程中，您將看到一些Nginx緩存的配置和調優代碼示例。

係統環境要求

操作係統：任何安裝了 Nginx 的 Linux 操作係統。
用戶帳戶：具有 sudo 或 root 訪問權限的用戶帳戶。

創建 Nginx 磁盤緩存

在第一個示例中，您將創建一個目錄，並將一個區域添加到您的 Nginx server塊，並將傳統的靜態文件緩存到磁盤。 注意，從長遠來看，如果您不使用高性能的固態硬盤(SSD)，緩存到磁盤有時可能不是一個好主意。 此外，即使使用 SSD，持續寫入也會縮短預期壽命，具體取決於硬盤驅動器的使用年限和質量。

首先，創建存放緩存數據的目錄：

sudo mkdir -p /cache/tmpfs/

接下來，將以下內容添加到您的nginx配置文件server塊中。可以修改配置模板文件中的現有的代理服務器塊，並添加額外內容。


proxy_cache_path /cache/nginx/tmpfs levels=1:2 keys_zone=my_zone:100m max_size=10g inactive=60m use_temp_path=off;

server {
    ...
    location / {
        proxy_cache my_zone;
        proxy_cache_key $scheme$request_method$proxy_host$request_uri;
        proxy_cache_valid 404 302 1m;
        proxy_cache_valid 200 1d;
        proxy_http_version   1.1;
        add_header X-Cache-Status $upstream_cache_status;
    }
    ...
}

注意，確保 proxy_cache_path 位於配置文件中的http部分而不是server塊。 此外，文件路徑必須是絕對路徑，否則將不起作用。

以下Nginx部分術語說明。

  • keys_zone：設置一個共享內存區域，用於存儲緩存鍵和元數據。在內存中擁有鍵副本使 NGINX 能夠快速確定請求是命中緩存 (HIT) 還是未命中緩存 (MISS)，而無需轉到磁盤，從而大大加快了檢索速度。一個 1MB 區域可以存儲大約 8,000 個鍵的數據，因此示例中配置的 10MB 區域可以存儲大約 80,000 個鍵的數據。
  • inactive：指定數據可以在緩存中保留多長時間未訪問而不刪除。在此示例中，緩存管理器進程會自動從緩存中刪除 60 分鍾未請求的文件，無論它是否已過期。默認值為 10 分鍾 (10m)。非活動內容與過期內容不同。 NGINX 不會自動刪除緩存控製標頭定義的過期內容（例如 Cache-Control:max-age=120）。過期（陳舊）內容僅在非活動指定的時間內未被訪問時才會被刪除。當訪問過期內容時，NGINX 從源服務器刷新它並重置非活動計時器。
  • max_size：設置緩存大小的上限（在本例中為 10 GB）。它是可選的；不指定值允許緩存增長以使用所有可用磁盤空間。當緩存大小達到限製時，緩存管理器進程會刪除最近最少使用的文件，以使緩存大小恢複到限製之下。
  • proxy_cache_path：您創建的緩存文件夾的文件路徑。
  • add_header X-Cache-Status $upstream_cache_status：在響應客戶端時添加一個 X-Cache-Status HTTP 標頭
  • proxy_cache_revalidate <on|off>：指示 NGINX 在從源服務器刷新內容時使用條件 (GET) 請求。如果客戶端請求緩存控製標頭定義的已緩存但已過期的項目，NGINX 會在它發送到源服務器的 (GET) 請求的標頭中包含 (If-Modified-Since) 字段。這節省了帶寬，因為隻有在 NGINX 最初緩存它時附加到文件的 (Last-Modified) 標頭中記錄的時間以來文件有修改，服務器才發送完整的項目。
  • proxy_cache_min_uses <number>：設置一個項目在 NGINX 緩存之前必須被客戶端請求的次數。如果緩存不斷被填滿，這很有用，因為它確保隻有最常訪問的項目被添加到緩存中。默認情況下 (proxy_cache_min_uses) 設置為 1。
  • proxy_cache_background_update <on|off>：（proxy_cache_use_stale）指令的（更新）參數，結合啟用（proxy_cache_background_update）指令，指示NGINX在客戶端請求過期或正在更新的項目時，在完全下載更新的文件之前，所有請求都會返回陳舊文件。所有更新都將在後台完成。
  • proxy_cache_lock <on|off>：啟用 (proxy_cache_lock) 後，如果多個客戶端請求緩存未命中 (MISS)，則僅允許這些請求中的第一個去原始服務器取數據。其餘請求等待該請求得到滿足後，再從緩存中提取文件。如果不啟用 (proxy_cache_lock)，所有導致緩存未命中的請求都會直接發送到源服務器。

內存中的 Nginx 緩存

如果您的服務器有充足的資源，緩存到內存(RAM)總是比將文件緩存到磁盤更好，這甚至適用於最先進的 SSD 驅動器。
首先，創建一個用於RAM緩存的新目錄：

sudo mkdir -p /cache/nginx/tmpfs

然後，使用以下命令將創建的目錄(tmpfs)掛載到 RAM 中：

sudo mount -t tmpfs -o size=2g tmpfs /cache/nginx/tmpfs

這會在 RAM 中掛載 (/data/nginx/tmpfs)，並分配 2 GB空間。緩存空間大小可以根據服務內存大小做調整。
如果需要卸載(unmount)，執行以下代碼：

sudo umount /cache/nginx/ramcache

要使用 Nginx 完成 RAM 緩存設置，您需要將以下內容添加到 (/etc/fstab)，以便當服務器自動重新啟動時，RAM 緩存目錄會重新創建。

使用 nano 打開 (/etc/fstab) 文件：

sudo nano /etc/fstab

輸入以下內容並調整到您的緩存位置和大小：

tmpfs /cache/nginx/tmpfs tmpfs defaults,size=1g 0 0

Nginx 代理緩衝

如果您使用 Nginx 反向代理，提高性能的一個好方法是使用代理緩衝。 這與 Nginx 如何處理從代理服務器接收到的響應的方式有關。 它意味著不會為每個客戶端請求查詢代理服務器，但如果緩存的數據仍然被認為是有效的（生命周期尚未過去），則從緩存中提供數據。

下麵是可用示例：


#Enables or disables buffering of responses from the proxied server.
proxy_buffering on;
 
#proxy buffer cache sizes
proxy_buffers 4 256k;
proxy_buffer_size 128k; 
proxy_busy_buffers_size 256k;

WordPress緩存

上麵的例子在 WordPress 網站上效果很好。 但是，需要一些額外的規則來確保正常有效。

首先，將下列代碼粘貼在緩存在配置文件server塊（location）區域上方：


set $skip_cache 0;

# POST requests and urls with a query string should always go to PHP
if ($request_method = POST) {
    set $skip_cache 1;
}
if ($query_string != "") {
    set $skip_cache 1;
}

# Don't cache uris containing the following segments
if ($request_uri ~* "/wp-admin/|/xmlrpc.php|wp-.*.php|^/feed/*|/tag/.*/feed/*|index.php|/.*sitemap.*\.(xml|xsl)") {
    set $skip_cache 1;
}

# Don't use the cache for logged in users or recent commenters
if ($http_cookie ~* "comment_author|wordpress_[a-f0-9]+|wp-postpass|wordpress_no_cache|wordpress_logged_in") {
    set $skip_cache 1;
}

如您所見，我們正在跳過（POST）請求的緩存，查詢字符串應始終轉到 PHP，不緩存包含一些日常內容（如提要、站點地圖等）的所有 URL。

接下來，在緩存配置的location中添加以下兩行：


        proxy_cache_bypass $skip_cache;
        proxy_no_cache $skip_cache;

對於想要查看完整示例的新用戶，請在工作環境中查看以下內容：


    location / {
        proxy_pass http://webserver;
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
        proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;
        proxy_cache my_zone;
        proxy_cache_key $scheme$request_method$proxy_host$request_uri;
        proxy_cache_valid 404 302 1m;
        proxy_cache_valid 200 31d;
        add_header X-Cache-Status $upstream_cache_status;
        proxy_buffering on;
        proxy_buffers 256 16k;
        proxy_buffer_size 32k;
        proxy_http_version   1.1;
        proxy_cache_bypass $skip_cache;
        proxy_no_cache $skip_cache;
    }
}

Nginx瀏覽器緩存

瀏覽器緩存是減少服務器負載的好方法，尤其是在您運行博客或其他類似內容時。 您可以為動態內容經常變化的購物和論壇設置延長時間。

最常見的瀏覽器緩存示例如下。 在您的緩存配置server塊中輸入此內容。


  # assets, media
  location ~* \.(?:css(\.map)?|js(\.map)?|jpe?g|png|gif|ico|cur|heic|webp|tiff?|mp3|m4a|aac|ogg|midi?|wav|mp4|mov|webm|mpe?g|avi|ogv|flv|wmv)$ {
  expires    365d;
  access_log off;
  }
  
  # svg, fonts
  location ~* \.(?:svgz?|ttf|ttc|otf|eot|woff2?)$ {
  add_header Access-Control-Allow-Origin "*";
  expires    365d;
  access_log off;
  }

為了節省磁盤 IO 和日誌記錄，您可以在訪問日誌中聲明關閉這些資源，以在您遇到過長的加載時間問題時提高服務器的性能。

nginx server cache

總結

在本教程中，您學習了如何基於文件和 RAM 使用 Nginx 代理緩存。 有關 Nginx 緩存的更多信息，請訪問 Nginx 緩存文檔以了解更多信息，因為它還有非常豐富的附加選項。也就是說還可以做更多精細化的調優，因為這個簡單教程指南僅僅做了個入門級介紹。

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